Diagnostické metody v lékaøství a elektronika (ke II. stranì obálky)
ROÈENKA ELECTUS 2006 V TOMTO SEITÌ Diagnostické metody v lékaøství a elektronika ................................... 1 Amatérská elektroléèba pøed dávnými èasy ......................... 3 Digitální nf generátor sinusového signálu ....................... 6 Hodiny reálného èasu ......................... 18 Univerzálna sada pre mobilné telefóny ..................... 23 Dvì zajímavá zapojení ....................... 26 Malé aktivní reprosoustavy ................. 27 Diskoblikátko ..................................... 31 Bezkontaktní identifikace .................... 33 Alarm GSMAp1 .................................. 36 Test interního oscilátoru ..................... 40 Pozicionér DiSEqC - XT ..................... 41 Amatérský radioteleskop .................... 47 Radioamatérská událost roku HOLICE ..................................... 52 Procesorové øízení rotátoru ................ 54 Mobilní spojovací prostøedky ès. armády 1945 a 1965 ............. 59
ELECTUS 2006 Speciál, roèenka èasopisu Praktická elektronika A Radio Vydavatel: AMARO spol. s r. o.
Redakce: éfredaktor: ing. Josef Kellner, redaktoøi: ing. Jaroslav Belza, Petr Havli, OK1PFM, ing. Milo Munzar, CSc., sekretariát: Eva Kelárková. Redakce: Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 257 317 311, tel./fax: 257 317 310, sekretariát: 257 317 314. Pøedplatné v ÈR zajiuje Amaro spol. s r. o. - Hana Merglová (Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 257 317 312, tel./fax: 257 317 313). Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje Magnet-Press Slovakia s. r. o., ustekova 10, 851 04 Bratislava - Petralka; korepondencia: P. O. BOX 169, 830 00 Bratislava 3; tel./ /fax (02) 67 20 19 31-33 - predplatné, (02) 67 20 19 21-22 - èasopisy; e-mail: predplatne @ press.sk. Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou potou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze dne 9. 1. 1996). Inzerci pøijímá redakce - Michaela Jiráèková, Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 257 317 311, tel./fax: 257 317 310(3). Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci).
Internet: http://www.aradio.cz E-mail:
[email protected] Nevyádané rukopisy nevracíme. ISSN 1211-7005, MKÈR 7409 © AMARO spol. s r. o.
V roèence ELECTUS 2004 jsme pøinesli zajímavé pojednání o elektronice pouívané v lékaøské diagnostice. Pøilo nìkolik pøipomínek v tom smyslu, e výèet metod pouívajících elektroniku zdaleka není úplný, co je pochopitelnì pravda. Byly vybrány jen ty skuteènì nejbìnìjí nebo zajímavé hlavnì z technického hlediska, se kterými se vak pacient (ètenáø) nejbìnìji setkává. Jene uplatnìní dalích je dnes stále èastìjí a výskyt pouívaných pøístrojù na lékaøských pracovitích stále bìnìjí; proto tentokrát pøináíme jetì doplòující informace z oblasti sonografie a nukleární medicíny, jejich význam v posledních øeknìme 15 letech neobyèejnì vzrostl hlavnì poté, co se na lékaøská pracovitì dostaly kvalitní pøístroje. Dluno vak podotknout, e elektronika zaujímá stále významnìjí pozici - podívejme se napø. na dnení laboratorní metody rozborù krve atd. Pouívané obvykle jednoúèelové pøístroje obsahují mnoho elektronických prvkù, znaènì urychlují práci se zkoumanými vzorky a omezují vliv lidského èinitele na výsledné hodnoty. Elektroniku dnes najdeme u gastroskopù èi rektoskopù, kde pomáhá lékaøùm zvìtit pozorovaný objekt, dokonce pacient samotný mùe na obrazovce sledovat prùbìh vyetøování. Zesilovaèe obrazu u rentgenových pøístrojù umoòují omezit intenzitu rentgenového záøení, aby pacienta co nejménì ohroovalo. Mùete se zeptat diabetikù, jak je dnes snadné zjistit momentální hladinu cukru v krvi. Na jednotlivých nemocnièních oddìleních dnes stìí najdete takové, kde by elektronika nemìla uplatnìní.
Sonografie je jedna z moderních vyetøovacích metod, které doplòují zobrazovací monosti hlavnì rentgenového vyetøení, pøípadnì vyetøení na tomografu. Na rozdíl od tìchto metod je to vak vyetøení, které nemá ádné negativní vlivy na buòky lidského tìla. I kdy moderní rentgenové pøístroje jsou ve srovnání s tìmi, které se pouívaly øeknìme pøed 50 lety, nesmírnì etrné (vìtinou se pouívá snímkování na citlivé filmy a pro pøímé pozorování se pouívají zesilovaèe obrazu, take se doba osvitu zkracuje na krátký interval a intenzita rtg záøení je o mnoho nií), pøece jen rtg ozáøení má na organismus negativní vliv vdycky. Naproti tomu je ultrazvukové vyetøení zcela bezpeèné, take je moné dokonce sledovat a vyetøovat i lidské zárodky v prenatální dobì (viz obr. na vedlejí stranì obálky). Øeknìme si ale nìco o principu této metody. Spoèívá v jevu, který vyuívají dokonce nìkteré druhy v øíi zvíøat - napø. netopýøi, kteøí za letu vysílají do prostoru zvukové vlny z oblasti ultrazvuku, citlivými receptory zachycují jejich odrazy od okolních pøedmìtù a tak se orientují v prostoru i za úplné tmy. I kdy se pro sonografii ujal i èeský název ultrazvukové vyetøení (a dokonce v mnohých odborných èasopisech najdeme matematické vztahy z oboru akustických kmitoètù), diagnostické pøístroje mají daleko blíe k principu radaru ne sonaru, který skuteènì vyuívá akustické kmitoèty v oblasti
Electus
2006
pro lidské ucho ji neslyitelné. Pouívané kmitoèty u vìtiny sonografù jsou toti v rozmezí 1 a 20 MHz, u speciálních a 40 MHz, s opakovacím kmitoètem od desítek Hz po desítky kHz. Jedná se tedy o impulsy z oblasti rádiového, nikoliv akustického spektra. Teprve pøi prùchodu tkánìmi se délka vlny (λ) mìní v závislosti na vodivosti, pøiblinì podle vzorce λ λι = , 30 σ kde σ je vodivost prostøedí v jednotkách [S/m], a na rozhraní prostøedí s odlinou vodivostí nastává èásteèný odraz. Platí, e èím je pouitý kmitoèet nií, tím hloubìji proniká vysílaný signál do organismu. Signály generované s nejvyím kmitoètem (kolem 40 MHz) se proto mohou vyuít jen k pozorování rùzných útvarù na kùi nebo podkoních cév, nebo zøetelné odrazy lze získat z hloubky nejvýe 5 a 10 mm. Kmitoèty kolem 20 MHz se pouívají napø. k oèním vyetøením, kolem 8 MHz k vyetøení napø. prostaty a pro hluboko uloené orgány, jako jsou ledviny nebo játra, je nutné vyuívat kmitoèty kolem 2 a 3,5 MHz, které dávají zøetelné odrazy jetì z hloubky 25 a 15 cm. Zdrojem vf impulsù a obrácenì i detektory odraených signálù jsou speciální keramické krystaly, pracující na piezoelektrickém principu, z materiálù, jako je bariumtitanát, titanát olova, slouèeniny zirkonu ap. Ty jsou umístìny v sondách (viz obr. na vedlejí stranì obálky) - nejèastìji zevních, ale známe i speciální sondy napø. endoskopické, vaginální (tìmi lze pozorovat lidské zárodky ji v nìkolika týdnech po oplodnìní vajíèka) ap. Zevní sonda se pøitiskne na kùi pacienta v místì zkoumaného orgánu a aby nedocházelo k neádoucím odrazùm na rozhraní vzduch-kùe, pouívá se k vyplnìní mezer speciální gel. Nìkteré orgány (jícen, aludek) jinak ne endoskopickými sondami ani prohlíet nejde, nìkteré orgány (plíce, mozek, nervy) se sonografickou metodou prakticky prohlíet nedají. Vysílaný signál prochází a ke zkoumanému orgánu. Èást vyslané energie se mìní na teplo, èást se odráí zpìt k sondì, a to na rozhraní, které má jinou impedanci - øeknìme radìji jinou hustotu. Èím je rozdíl hustot vìtí, tím je odraz mohutnìjí, pøi èernobílém zobrazení zís-
1
ñ
ñ
káváme obraz v rùzných odstínech edi. Energie vysílaná sondou je minimální v oblasti 100 mW/cm2, take ani pøi dlouhodobém pozorování nedochází k mìøitelnému zvýení teploty zkoumaného orgánu. Snadno lze sonografem zmìøit velikost zkoumaného orgánu (ledviny, prostaty, nádoru) a pøi opakovaném vyetøení zjiovat zmìny. Pochopitelnì, e jak se vyvíjela technika, mìnily se i sonografy. Ty pùvodní pracovaly v tzv. A-módu, kdy byl signál vysílaný kontinuálnì a stejnì tak odraený kontinuálnì zesilován a zobrazován. Dnes se pøístroje na tomto principu prakticky nepouívají, nebo zesílení signálu bylo omezené (ovlivòování detekèního prvku vlastním vysílaným signálem). Bìnì se nyní pouívají pøístroje pracující v tzv. B-módu s íøkovou modulací vysílaných impulsù, nebo M-módu (zobrazení na èasové ose), pøípadnì s kombinací obou. Pøi pozorování cév se vyuívá i Dopplerova principu, a tak lze napø. pøi zobrazení proudící krve zjistit rychlost jejího proudìní a prùtoènost. Navíc lze získané výsledky elektronicky obarvit, take výsledný obraz je pro zkueného lékaøe pøehlednìjí. Ponìvad je celý proces zpracováván digitální technikou, jednotlivé snímky lze uloit na delí dobu a tak napø. identifikovat zmìny, nastalé mezi jednotlivými vyetøeními.
Nukleární medicína je pomìrnì nový lékaøský diagnostický obor. Jeho zaèátky spadají øádovì do poloviny 40. let minulého století, kdy se nìkteøí výzkumní pracovníci, kteøí pracovali v kalifornském Los Alamos, zaèali zabývat i jiným uplatnìním nukleární fyziky, ne bylo její vojenské vyuití. Byly vyvinuty první urychlovaèe èástic a prvou zmínku o jejich moném vyuití v lékaøství bychom nali v roce 1946 u R. R. Wilsona, i kdy v daném pøípadì lo nikoliv o náznak diagnostické metody, ale o monost znièení nìjaké tkánì, nejèastìji nádorové. Hlavní problém, který bylo tøeba øeit, bylo co nejpøesnìjí nasmìrování èástic, problém, na jeho øeení se pracuje dodnes. V této oblasti je tøeba se zmínit také o dnes pouívané protonové terapii, která hlavnì v souèinnosti s monostmi poèítaèové tomografie dokáe nièit postienou tkáò s velkou pøesností. Ale vìnujme se oblasti diagnostiky. U nás zaèala éra nukleární medicíny nìkdy v polovinì 60. let na výzkumných pracovitích a od zaèátku 70. let na klinických pracovitích. Pøesto má dodnes oddìlení nukleární medicíny mezi pacienty nádech nìèeho tajemného; vìtina tìch, co jsou tam odesíláni na vyetøení, má z poèátku obavu, e takové vyetøení patøí k jejich posledním. Jene dnes se jedná o vyetøení bìná i ve vìtinì nemocnic okresního typu, nebo na rozdíl od diagnostické radiologie (rentgenologických vyetøení) umoòuje nukleární medicína zkoumat metabolismus a funkce orgánù - z bìných onemocnìní se napø. zkoumají poruchy funkce ledvin a dnes má uplatnìní dokonce i v psychiatrii. Ani nadmìrné zátìe radiací se není tøeba obávat, ozáøení je srovnatelné s bìným rentgenovým ozáøením. (V prùbìhu roku obdrí kadá osoba urèitou dávku radioaktivního záøení - z toho je asi 85 % tzv.
2
Obr. 1. Pohled na gantry pøístroje pro pozitronovou emisní tomografii pøírodní radiace, zbytek je z nejrùznìjích - i domácích - zdrojù, jako jsou napø. barevné obrazovky televizorù, monitorù atp.). Zatímco u rentgenového èi tomografického vyetøení se pouívá vnìjí zdroj generující záøení schopné pronikat tkánìmi, pøi vyetøování vnitøních orgánù na oddìlení nukleární medicíny se nejèastìji nitroilnì do krevního obìhu vpraví radioaktivní látka, obvykle vázaná na takovou látku, kterou zkoumaný orgán zpracovává. Aktivní látkou je nejèastìji radioaktivní technecium Tc99m, které má velice krátký poloèas rozpadu (asi 6 hodin). Tuto látku si specializované oddìlení nukleární medicíny samo vyrábí v tzv. molybdentechneciovém generátoru. Existují ovem pro speciální vyetøení i jiné látky, souhrnnì se nazývají radiofarmaka. Vlastní pøístroj, tzv. gamma kamera (setkáte se i s názvem scintilaèní kamera) pak po urèitou dobu zaznamenává dopad jednotlivých èástic záøení (fotonù) na tzv. scintilaèní detektor, tvoøený soustavou z jodidového krystalu, který je aktivován sodíkem, a fotonásobièe. Jeden z technických problémù, který bylo tøeba øeit, je skuteènost, e zkoumaný objekt nevyzaøuje samotný; s rùznou intenzitou záøí i okolní tkánì, do kterých se aktivní látka dostala s krví, a navíc jednotlivé èástice záøení jsou vystøelovány do vech smìrù. Obraz, který bychom dostali bez pøedchozí úpravy, by byl jako jednolitá záøící plocha. Proto je zapotøebí (øeèeno velmi zjednoduenì) mezi vyetøovaného pacienta a vlastní detektor vloit nìco, co propustí pouze èástice letící vùèi sobì rovnobìnì a vùèi ploe detektoru kolmo. Tím je tzv. kolimátor s votinovou strukturou, který propustí výhradnì èástice, dopadající na nìj kolmo. Na jeho kvalitì pak závisí koneèný výsledek vyetøení. Opìt zjednoduenì si tuto èást mùeme pøedstavit jako soubor rovnobìnì poskládaných tenkých trubièek z materiálu pohlcujícího svìtlo. Jestlie na takovouto votinovou vrstvu pustíme svìtlo z boku, trubièkami neprojde. Teprve kdy na ni posvítíte kolmo, svìtlo prochází témìø s nezmenenou intenzitou. Zmínìný kolimátor pracuje obdobným zpùsobem. Jednotlivé radioaktivní èástice dopadají na detektor, který zaznamenává poèet èástic, které dopadly na jednotlivé jeho body za urèitý èasový úsek. Po dosaení urèitého celkového poètu èástic se získaný obraz vyhodnocuje. Laik ze zmìti barevných bodù (barevnì je odlien poèet èástic, které dopadly na daný bod, pøi èernobílém zobrazení rùznými odstíny edi by rozdíly byly ménì zøetelné) nemù-
Electus
2006
Obr. 2. PET - barevné zobrazení mozku s nádorem
Obr. 3. Rozdíl mezi PET zobrazením klasickým (vpravo) a s dodateèným poèítaèovým vybarvením e rozpoznat nic - odborný lékaø vak je schopen vyhodnotit získaný obraz (tzv. scintigrafický nález neboli scan) velmi pøesnì, urèit napø. nedostateènou funkci orgánu, lokalizovat nádor ap. To, co bylo zatím popsáno, je tzv. statická metoda získání obrazu vyetøovaného orgánu. Je vak i jiná monost, tzv. metoda prvního prùchodu (seriografie), kdy se po delí dobu periodicky zaznamenávají jednotlivé obrazy a vyhodnocují se na nich postupné zmìny. Ty nejjednoduí pøístroje dávají obvykle dvojrozmìrný obraz (planární zobrazení). I zde pochopitelnì technika kráèí kupøedu a postupnì se pøístroje zdokonalují. Rozvoj v této oblasti je velice rychlý a postupnì byly nalézány dalí monosti napø. vyuití principu tomografie k získání dat pro registraci vyzaøování cílenì podávaných radioizotopù (tzv. pozitronová emisní tomografie - PET; v pøípadech, kdy radioizotop vyzaøuje pøi rozpadu pozitrony, pracuje na tom principu, e se pacientovi vstøíkne radioizotop s vlastnostmi cukru - nádor má znatelnì vyí spotøebu cukru, a tudí podstatnì více vyzaøuje ne okolní zdravá tkáò) nebo fotonová emisní tomografie - SPECT, vyuívající izotopy vyzaøující pøi rozpadu fotony. A k tomu mohutný rozvoj výpoèetní techniky a matematických zobrazovacích metod umoòují stále dokonalejí zobrazení zkoumaných objektù. Právì u pozitronové emisní tomografie pøedpokládáme do budoucna nejvìtí rozvoj a uplatnìní. Za pøipomínky a doplòky dìkuji bývalému primáøi oddìlení nukleární medicíny nemocnice v Pøerovì, MUDr. Miloslavu Suilovi. Nìkteré snímky byly pouity z webových stránek Èeské spoleènosti nukleární medicíny. QX
Amatérská elektroléèba
pøed dávnými èasy RNDr. Ivan olc, OK1JSI Blesk dovede zabít, ale praèlovìkovi také zapálil uiteèný oheò. U pøed 5 tisíci let se léèily ochrnuté osoby koupelí v nádri, kde plaval rejnok elektrický. Úèinky jeho elektrických ran byly blahodárnì léèivé, této terapie s úspìchem pouívaly i hlavy státù. Moná to zlepovalo i politický rozhled. Novìjí bádání v oboru elektøiny a magnetismu (od 16. a 17. století) oivilo také zájem o vyuití pøi léèení nemocí. V druhé polovinì 18. století zazáøil na lékaøském nebi Franz Anton Mesmer léèením pomocí magnetu. Z jeho úspìchù se brzo vyvinula terapie duchovními silami, kterou si Mesmer zjednal v historii medicíny trvalé místo. V lidovém léèitelství ale v úplných zaèátcích pøevládala franklinizace (to jméno je novìjí, podle B. Franklina), èili léèení nepatrnými proudy vysokého napìtí, pøivádìného do tìla tichým výbojem. Prastarý návod na domácí aparaturku je na obr. 1. Podobné dokonalejí pøístroje viz napø. film Postøiiny. Kupodivu ale tohle nádherné efektní léèení se neudrelo, pøevládly metody støízlivìjí. Léèení stejnosmìrným proudem, nebo pozdìji pulsy stejnosmìrného proudu, to je galvanoterapie. Ta mìla iroké pole pùsobnosti a dosud pøináí i oficiální medicínì dobré výsledky. Venkovtí léèitelé si brzo poradili. Zakopali pøed oknem do vlhké pùdy kus mìdi (+) a poblí starý pozinkovaný plech (-), vedli od nich do svìtnice dráty a tam je pøipojili na elektrody umístìné na tìle pacienta. Èasem se ustálil tvar elektrod takový, e se z bìného klempíøského pozinkovaného plechu ustøihl pásek iroký asi 4 cm a dlouhý 20 a 30 cm. Okraje plechu se mírnì zdvihnuly, aby neøezaly do tìla, a plech se ohnul do kruhového oblouku tak, aby ho bylo mono tøeba nasadit na stehno, pai, krk atd. Od plechového pásku vedl ohebný pøívodní kablík. Elektroda se ovinula obinadlem, které se pak namoèilo. Druhá elektroda byla malá, také z pozinkované-
Obr. 1. Tøecí elektrika z vinné láhve. Uívala se amatérsky pro franklinizaci. Láhev se otáèí ruènì klikou, dole se tøela o koený poltáøek, pøitlaèovaný prunými péry. Elektøina se výbojem odvádí sbìraèem H, z nìj se nabíjí Leydenská láhev. Z ní tichým výbojem na pacienta
Obr. 4. Léèení pulsní galvanoterapií
Obr. 2.
Obr. 3. Wohlmuthova galvanoterapie ho plechu, ale pøipevnìná na konci døevìného dradla (obr. 2). I tato elektroda se obalila obinadlem a namoèila (jen ten plech!). Ta se pøikládala na urèené místo. Obvykle bývala tato elektroda kladná, protoe kladný pól uklidòuje i léèí. Záporný pól pùsobí spí drádivì, co je obèas také uiteèné. Proto u v zaèátcích i amatérské pøístrojky mívaly dùmyslný komutátor, kterým bylo moné operativnì pøehodit polaritu elektrod. Dokonalou aparaturou tohoto typu byl ve dvacátých letech minulého století pøístroj Wohlmuthùv: byl napájený galvanickými èlánky, kde s odstupòováním po 1,5 V bylo maximální napìtí 9 V. Zapojení odpovídá obr. 3, ve výstupu je vloen miliampérmetr s rozsahem do 10 mA. Wohlmuth ukázal monosti galvanoterapie velmi dùkladnì a sepsal je v obsáhlé kníce. Je zajímavé, e i lidoví amatéøi doli k øadì podobných poznatkù. Úèinné jsou pro léèení slabé proudy. Nejèastìji to bývá do 5 mA, ale úèinky mají i proudy okolo 100 μA. To u je v podstatì galvanohomeopatie. Ale amatéøi pøili i na to, e výborné výsledky má pulsní galvanoterapie. Pøi tom se pouíval rotaèní mechanický pøeruovaè s klièkou. Takové starodávné léèení vidíte na obr. 4. Je ovem u zmodernizované pouitím tøí plochých baterií, take lze napìtí stupòovat a na 13,5 V. Do série se vkládá vhodný odpor R, kterým se omezuje ádaný proud (lidské tìlo mívá v takové úpravì odpor kolem 50 kΩ). Rezistor Rp na obr. 3 je zajitìním proti zkratu. Místo mìøidla lze pouít svítivou diodu. Proè je tak úèinná pulsní metoda? Vysvìtluje to pomìrnì nový fyziologický zákon Batesonùv: Nae vnitøní vnímání vnìjího pùsobení je úmìrné èasové
Electus
2006
derivaci prùbìhu tohoto vnìjího podnìtu. Správnost Batesonova zákona dotvrzuje napø. jednotvárný zvuk. umí nám v uích, ale u to nevnímáme. Ani nevnímáme pravidelnì tikající hodiny. Drastický je Batesonùv pokus s ábou. Dal ji do mísy s vodou a vespod zapnul vaøiè. ába brzo vyskoèila. Pak vodu ohøíval velmi pomalu, zmìna byla velmi pozvolná, tedy èasová derivace skoro nula. ába se v misce zaiva uvaøila. Pøi galvanoterapii probíhá také iontoforéza, èili pøenos iontù elektrickým stejnosmìrným proudem. Ve fyzice se tomu øíká elektrolýza. Profesor Schatzski zahajoval pøednáky o iontoforéze tímto pokusem (obr. 5): Ve vyvrtané dutinì v bramboru je roztok KJ. Platinové (z nouze obyèejné) jehly pøipojíme na plochou baterii. Po èase brambor rozøízneme a u anody uvidíme modrý obláèek, který vznikl reakcí jódu se krobem. U katody se hromadil KOH. Dokáeme jej kapkou fenolftaleinu rozputìného v lihu. Oblast kolem katody zèervená. Právì takové dìje probíhají vlivem iontoforézy v lidském organismu pøi galvanoterapii. Kdybychom chtìli iontoforézu potlaèit, musíme obèas pøepínat polaritu elektrod komutátorem. Galvanizace posiluje nervovou soustavu, potlaèuje tvorbu jizevnaté tkánì, léèí øadu neduhù pøímo i nepøímo. Pøi tom anoda (+) tií bolesti a hojí. Aplikujeme ji co nejblíe nemocné oblasti, obvykle má dradlo pro ruèní pøikládání. Opìt je obalena navlhèeným textilem. Katoda je rozmìrnìjí, pøikládá se upevnìná na íji, na køí, hrudník, stehno apod. Galvanizace léèí zánìty, revmatické potíe, hypertrofie, ochablost. Tak napø. úbytek potence doporuèoval Wohlmuth léèit katodou na íji, anoda na temeno i v jiných partiích. Proud 1 mA po dobu 5 min 3x týdnì. Varianta anoda na aludek, katoda objídí ústí penisu. Proud a 2 mA, doba 10 min. Obèas mono komutovat. Podobnì uvádí Wohlmuth pøedpisy pro nemoci zaívací, dýchací, jaterní, ledvinové, oèní, krèní, pohybové atd. Kdybyste si sestavili galvanoterapický pøístrojek, jako je na obr. 4, pak jej vy-
Obr. 5.
3
ñ
ñ
zkouejte nejdøíve takto: Jednu elektrodu, tu velkou, dejte napø. na nohu, malou, terapeutickou, dejte na tváø. Kdy toèíte klièkou pøeruovaèe, cítíte brnìní. Pak pomalu pøekládejte tuto elektrodku blí k oku, a se vám v oku objeví svìtelné záblesky. Staèí, kdy není v okolí pøíli silné svìtlo, záblesky jsou dostateènì intenzivní. To je názorný pøíklad pulsního drádìní oèního nervu. Tak podobnì se pøi terapii drádí a probouzejí i nervy ostatní. Tøeba pøikládáním na tváø se léèí obrna lícního nervu, na krk zpøedu nìkteré nemoci títné lázy apod. Podrobnosti najde zájemce v lékaøské literatuøe. Tady musím vzpomenout na svou dávnou spolupráci s prof. Stockým z lékaøské fakulty v Brnì. Ten zkoumal pro diagnostické a neurologické úèely, jakou nejvyí frekvenci zábleskù èlovìk jetì vnímá okem jako kmitání, ne se to spojí v souvislé svìtlo. Chtìl to zjiovat v rùzných barvách, pro 7 vlnových délek ve viditelném spektru. Výsledky byly velmi zajímavé a prý to byl opravdu neèekaný pøínos pro diagnostiku závaných nemocí. Jaký je tedy nejvyí kmitoèet tohoto blikání, který jetì vnímáme jako záblesky? Mùete si to zkusit. Jen pøi nìkterých nemocech je to ménì ne 20 za vteøinu a nikdy to nedosáhne 50 Hz. Stocký tenkrát øíkal, e tato zjitìní platí pro vechny pulsní terapie, vèetnì magnetoterapie. Proto nemá cenu poèet pulsù zvyovat pøes 50 Hz. Je jetì dalí pohled na úèinky rùzných frekvencí z hlediska biologického. Výsledky dlouhodobých výzkumù shrnuje tab. 1. Podle nových zveøejnìných výzkumù je pravdìpodobné, e galvanoterapie a stejnosmìrná, nebo pulsní má nìkteré dosud nedocenìné monosti. Kromì iontoforézy pøi ní probíhají také závané dìje na koneèné i molekulární úrovni, ale to nechme budoucnosti.
Faradizace Pøi ní jde výhradnì o pulsní proudy, jejich úèinky cítíme jako mravenèení, brnìní, kubání. Napìtí bývá vyí, 50 V a 200 V, proudy opìt velmi malé. Zvlátní extrémní pøípad faradizace jsou elektrooky. Jak se dá dnes vyrobit faradizaèní pøístrojek. Takový malý, ale funkèní býval k dostání v hraèkárnì. Jako pøeruovaè slouilo Wagnerovo kladívko, intenzita se øídila mosaznou trubièkou, zasouvanou mezi primární a sekundární vinutí. Zdrojem byla baterie 4,5 V. Dnes u takovou hraèku nedostaneme. Pokud vak touíte po faradizaci, jde to improvizovat. Tab. 1. Biologicky úèinné frekvence Hladina Super beta Beta Alfa Infra alfa Schumannova rezonance Theta Delta
f (Hz) >30 14 a 30 8 a 13 7,9 a 9,6 7,83 4 a 4 0,5 a 3
Obr. 6. Jednoduché staré zapojení pro faradizaci Dobøe se hodí výstupní transformátorek od reproduktoru lampového pøijímaèe. Jeho vinutí jsou nìkdy oznaèena tøeba jako 7000 Ω a 4 a 6 Ω. Takových transformátorkù je jetì dostatek, najdou se obèas i na smetiti. Pak to zapojíme jednodue podle schématu na obr. 6. árovièka v primárním okruhu omezuje proud na ádanou hodnotu. Nejslabí prodejní árovièky jsou 6 V, 0,1 A. Proud ve výstupním vinutí bude úmìrnì nií podle pomìru závitù obou vinutí. Pøi bìném výstupním transformátorku to velmi dobøe odpovídá hodnotám ádaným pro faradizaci. Mechanické pøeruování otáèení klièkou je sice pracné, podle ádané frekvence musíme dret otáèky, ale ve starých dobách se èasto pouívalo místo Wagnerova kladívka. Je to toti velice spolehlivé, prakticky naprosto bez poruch. Lze snadno mìnit frekvenci a navíc mùeme tuto frekvenci jaksi modulovat zvyovat a sniovat otáèky, co má zjistitelný stimulaèní efekt. Faradizaèní pulsy jsou výborné pro rùzné bolesti v kloubech, v zádech i v nervové soustavì. Hlavní frekvence souvisí s biologickou frekvencí alfa, co je tedy 8 a 13 Hz. Pøi vhodném poètu høebíkù v pøeruovacím koleèku (obvykle 8 a 10) to snadno dodríme. Pøíkladem moderního pulsátoru s tranzistory je zapojení Abrahamovo Blochovo. Postupem èasu se u døíve vyrábìly elektrizaèní aparáty kombinované, jak pro stejnosmìrnou nebo pulsní galvanoterapii, tak i pro faradizaci. Jeden z nejdokonalejích byl tonizátor podle MUDr. Ebela. (Prototyp byl vyrábìn v roce 1927.) Zvlátností byl promìnný odpor v primární vìtvi, který se mìnil periodicky rotujícím kontaktem. Tuto rotaci obstarával gramofonový motorek s pøevodem do pomala. Jako pøeruovaè tam bylo Wagnerovo kladívko s posuvným závaíèkem pro zmìnu frekvence. I kdy dnes postoupila elektronika díky polovodièùm neèekanì kupøedu, øíkají pamìtníci terapeuti, e z nìjakých dùvodù mìly ty staré pøístroje lepí výsledky. Ebelùv tonizátor byl vynikající. Jeho autor pøikládal k pøístroji poctivý seznam hlavních dosaených výsledkù a obsáhlý popis pouití pro 62 hlavních ne-
mocí. Moji rodièe pracovali i s galvanoterapií podle Wohlmutha i s Ebelovým tonizátorem. Dosaené výsledky si velice chválili. Oba pøístroje byly prakticky bez poruch. TESLA svého èasu vyrábìla tzv. Elektrostimul pro elektroakupunkturu i pro monost jiné elektroterapie. Jeho cena byla bez problémù dostupná. Dnes je v prodeji zmodernizovaná verze.
Magnetoterapie I ta má prastarou historii. Vdy magnetovec znali lidé u ve starovìku, i jakousi improvizaci kompasu s magnetovcem plovoucím na prkénku. Skoème vak pøímo do souèasnosti. Inzerují se magnetické náramky i náplasti, prodává se léèebný pulsátor v nìkolika variantách. Funguje to? Jistìe ano. Delí èas ale byly výhrady, e stabilní (feritové) magnety nemohou fungovat. To proto, e se elektromagnetický efekt podle Faradayova zákona projeví jen tehdy, kdy se magnetické pole mìní. Èím se mìní rychleji, tím vìtí se vzbudí elektrické napìtí. Co tedy ten náramek? Nebudeme vás napínat. Pole feritù je sice stálé, ale v cévách a ilách proudí krev. Take se èásteèka krve blíí, vstoupí do nejvìtího magnetismu a zase se vzdaluje. Je to toté, jako by se pole mìnilo. Proto to funguje. Kdy to ale chcete zesílit, je dobré vyrobit magnetické pulsy, krátké a dostateènì silné. To trvalý magnet neumí, musíme pouít elektromagnet. Staèí cívka navinutá izolovaným drátem nebo i cívka s vloeným elezným jádrem. Tyhle aparáty mají mladí historii, proto se zmíníme o nejjednoduím pøístrojku, který funguje a který vyrábí pulsy, které odpovídají tomu, co po dlouhých zkuenostech s pacienty zjistil MUDr. Jiøí Chvojka. Plánek zapojení je na obr. 7. Protoe je pulsátor zapojený pøímo na sí, musí být od sítì oddìlen transformátorem 220 V/220 V. Kmitoèet pulsù se øídí odporem 1,5 MΩ. Pouívá se v rozsahu 2 Hz a 30 Hz. Optimum je pøi rytmu alfa, tedy asi mezi 7 Hz a 12 Hz. Cívka se pøiloí na bolavé místo a aplikuje se 5 min a 30 min 1x dennì, nejvý krátkodobì 2x dennì. Léèí bolestivé stavy, pøedevím pohybového ústrojí, ale i øadu nemocí neurologických a interních. Vynecháme teï jetì rùzné zlepené varianty elektro- a magnetoterapie. Byly to tøeba silnìjí induktorky s napojenými Geislerovými trubicemi, které svítily a souèasnì elektrizovaly (u vzpomenuté Postøiiny). Pouívají se i komorové láznì, kde místo navlhèených textilních elek-
~
Stav stresy bdìlost pøirozený stav, uvolnìní léèivý rytmus rytmus jádra Zemì pøedstavivost kolébka ivota
~
Obr. 7. Zapojení magnetického pulsátoru Pozor, ve schématu není zakreslený bezpeènostní oddìlovací transfornátor 1 : 1!
4
Electus
2006
Obr. 8. Elektroterapie rádiovým pøijímaèem. P pøijímaè, R vývody k reproduktoru, D dioda, E terapeutické elektrody trod se úd ponoøí do nádoby s vodou, v ní je vedena elektroda. Také se do kontaktní kapaliny pøidávají rùzné látky, které pak elektrolýzou pronikají do organismu, co mívá znaèný léèivý úèinek (viz pokus s bramborem). V tomto pøípadì ovem pouijeme klasické nepøeruované galvanoterapie (obvykle s proudem okolo 1 mA). Ale jetì jednu metodu si pøece nenecháme ujít. Je dost stará, ale dokonale zapomenutá, snad se o ní ani nepsalo:
Elektroterapie rozhlasem Nebudeme vás napínat. Kdy máte rádio, které má elektricky bezpeèný výstup pro druhý reproduktor (tøeba staré, lampové), pak upravíte svùj pokus podle obr. 8. Prostì napájíte elektrody na tìle usmìrnìnými pulsy, které odpovídají øeèi nebo hudbì. Pomalá hudba s výraznými údery bubnù je vynikající. Zase naøídíme maximální výchylky proudu do 5 mA a podle potøeby mùeme polaritu komutovat (èili pøehodit póly + a -). Je to terapie velmi úèinná, ale doporuèuje se monost samostatnì zeslabit reproduktor v pøijímaèi, aby jen eptal. Zvukový doprovod má být jen jemný doplnìk. Mùete si pustit pøednes básnì, zpìv, hudbu. Nedoporuèují se politické projevy, divoká moderní hudba, hororové hry. Klasická pohádka s dobrým koncem se osvìdèuje. Dokonce v prvních dobách rádia se objevila monost pøipojit terapeutické elektrody na krystalku! Proudy jsou tam malinké, spí v mikroampérech, ale podle osvìdèeného receptu velmi slabé proudy pùsobí navíc homeopaticky. Pøi tom je to bez sítì, bez baterií. Prostì zadarmo.
Obr. 9. Lékaøská prohlídka pomocí paprskù Roentgenových
Pak u jsou tu opravdu profesionální aparáty, diathermie, rùzné speciální aparatury a vechny moné varianty rentgenu, vèetnì CT (lidovì tunelu). To je zcela mimo léèitelské obory. Ale pøece nìco: Nemùeme vynechat dobový obrázek, starý témìø 100 let, jak se døíve vyetøovalo rentgenem (obr. 9). Musím potvrdit, e kdy otec vyetøoval na svém rentgenu od Siemense plíce dìdeèka, také tam stavìl idlièku. Vak u to bude tøi ètvrti století.
Závìr Mùete vyzkouet rùzné varianty elektroléèby. Kdy tøeba místo terapeutické elektrody pøipojíte ke galvanizaènímu pøí-
stroji tupý hrot, je z toho elektropunktura a dají se tak urèovat citlivé body. (Pouijte jen malé proudy!). Ale i to, e se do takových pokusù pustíte, u samo léèí. Kadá èinnost, zvlátì zajímavá a uiteèná toti odvádí pozornost od choroby, choroba se cítí neocenìná, je rozmrzelá a odchází. Pøeji dobré zdraví a vnitøní pohodu.
Pozn.: Redakce v ádném pøípadì neruèí za pokusy ètenáøù na lidském tìle - ve je na vlastní nebezpeèí, stejnì jako následující fyziologický voltmetr.
Fyziologický voltmetr Èili jak poznáme snadno a rychle napìtí transformátoru bez pomocných mìøicích aparátù. (Kresba Buchar patrnì z èasopisu Radioamatér, kolem roku 1931)
Electus
2006
5
Digitální nf generátor sinusového signálu s malým zkreslením aneb sinus bit po bitu Frantiek Andrlík, OK1DLP Èasto vede k cíli nìkolik zcela rùzných cest. Bývá tomu tak i pøi vývoji elektronických zapojení. Pøi návrhu generátoru sinusového signálu pro rozsah zvukových kmitoètù musíme respektovat poadavek malého zkreslení, dostateèné stability kmitoètu i výstupního napìtí a snadné pøeladìní kmitoètu. To ve lze nejsnáze dosáhnout cestou digitální tvorby signálu, která se vyznaèuje dokonalou amplitudovou stabilitou, velmi malým zkreslením a dobrou reprodukovatelností.
Úvod Vìtina zapojení nf generátorù byla na stránkách naeho èasopisu mnohokrát pøedstavena. Struènì se seznámíme s jejich výhodami a nevýhodami. Nejèastìji se vyskytují zapojení sinusových oscilátorù na základì zesilovaèù se zavedenou kladnou zpìtnou vazbou. Nejznámìjí jsou oscilátory na bázi Wienova mùstku, u kterých se rozsah kmitoètù pohybuje od 1 Hz do 1 MHz, stabilita amplitudy nebývá valná a zkreslení se pohybuje pøiblinì okolo jednoho procenta. Kmitoèet se mìní dvojitým potenciometrem nebo dvojitým ladicím kondenzátorem - duálem. Kondenzátor má daleko lepí mechanickou stabilitu a soubìh kapacit, take je èastìji pouíván v továrních zaøízeních. V amatérských oscilátorech je naopak pouíván dnes dostupnìjí dvojitý potenciometr. Velká nevýhoda tìchto oscilátorù je v tom, e potøebují nìjaký èas k ustálení amplitudy nastaveného signálu pøi pøelaïování. Je to dáno setrvaèností prvku pouitého v záporné zpìtné vazbì, který stabilizuje amplitudu výstupního napìtí, co bývá nejèastìji árovièka, perlièkový termistor èi tranzistor FET, slouící jako promìnný odpor ve smyèce záporné zpìtné vazby. Dalí typ je generátor s posuvem fáze, který se vyznaèuje podobnými vlastnostmi jako oscilátor pøedchozí a zapojením je mu velmi podobný. Ve smyèce kladné zpìtné vazby jsou zde fázovì posouvající èlánky RC a ve smyèce záporné vazby je opìt nelineární zpìtnovazební prvek. Výhody a nevýhody jsou stejné jako u pøedchozího typu. Ménì známé jsou oscilátory s negativním odporem, který odtlumuje obvod LC, se kterým je zapojen v sérii, a zabezpeèuje tak nasazení vlast-
6
ních kmitù. Tyto generátory vyadují vysokou jakost obvodù LC a jsou vhodné pro kmitoèty nad 1 kHz, spíe se vak hodí pro kmitoèty øádu MHz. Vyadují pouít tìko dostupné souèástky se záporným odporem, jako jsou napø. tunelové diody. Èasto pouívané krystalové oscilátory se vyznaèují vysokou stabilitou, minimální rozladitelností a rozsahem kmitoètù od 100 kHz do 200 MHz. Pro audio generátory proto nejsou vhodné. Jako mechanický a dávno v elektronice nepouívaný generátor je moné povaovat mechanickou ladièku èi kmitající jazýèek, jeho kmity jsou snímány indukèním snímaèem. Pøeladìní není moné a stabilita kmitoètu je dobrá. Z mechanických generátorù jmenujme jetì princip rotujícího ozubeného kola s konstantními otáèkami a indukèním snímaèem, na jeho výstupu je signál, který má podle tvaru zubù i rùzný prùbìh. Tento princip byl pouíván u tzv. Hammondových varhan známých v polovinì minulého století. Dnes velmi rozíøeným typem oscilátorù jsou funkèní generátory, zaloené na principu generování obdélníkového signálu, který se integrací mìní na signál trojúhelníkový a následnì tvaruje na signál sinusový. Generátory funkcí mají velké pøeladìní 1 : 10 a 1 : 1 000 000, rychlý nábìh, zkreslení je pøiblinì pùl procenta a jsou vhodné pro nf rozmítaèe. Známé jsou integrované obvody ICL8038, XR8038, MAX038 a nejbìnìjí XR2206. Zapojení s tìmito obvody jsou snadno realizovatelná, kmitoèet je øízen napìtím èi jednoduchým potenciometrem a rozsah se mìní pøepínáním kondenzátorù, jejich velikost bývá dekadicky odstupòována. Dalí dva typy oscilátorù pouívají digitálnì analogového pøevodu pro-
Electus
2006
bíhajícího v D/A pøevodníku. D/A pøevodníky pøevádìjí digitální slovo v rozsahu 8 a 16 bitù na výstupní analogové napìtí, jeho velikost a prùbìh je tak jednoznaènì urèen. Pøi pouití binárního èítaèe jako generátoru adres èítajícího vpøed a po dosaení maximální hodnoty pøepínajícího na èítaní vzad, dostaneme na výstupu D/A pøevodníku trojúhelníkový signál, který je nutno dále tvarovat na sinusový podobnì jako u generátoru funkcí. Zkreslení bývá øádu desetin procenta, amplitudová stabilita velmi dobrá a monost zmìny kmitoètu jednoduchá zmìnou kmitoètu v generátoru taktu. Poslední typ sinusového generátoru pøedstavený v následujícím stavebním návodu vyuívá té D/A pøevodníku, který je ale na rozdíl od pøedchozího øízen digitálním slovem z pamìti EPROM. Je tak urèen tvar signálu, je nemusí být jen sinusový, ale i trojúhelníkový, pilový èi obdélníkový. Zkreslení sinusového signálu závisí na pøesnosti rozliení jak v èasové ose, tak i v amplitudì, a je nejvýe nìkolik setin procenta. Kmitoèet se ovládá zmìnou frekvence generátoru taktu, pøièem amplitudová stabilita je vynikající a s jejím ustalováním nejsou ádné problémy. Nevýhodou je nutnost vysokého kmitoètu generátoru taktu, který se pak obtínì realizuje pro velké pøeladìní. Nevýhodou je i nutnost dodateènì filtrovat taktovací kmitoèet, který proniká na výstup, a zákmity pøi pøechodu z jednoho bitu na druhý. Odfiltrování tìchto vysokých kmitoètù pak závisí na kvalitì výstupního filtru. Problém pøeladìní odpadá pøi pouití mikroprocesoru jako øídicího èlenu, kdy lze taktovací kmitoèet plynule mìnit nahoru èi dolù nebo rovnou zadávat v èíslicové formì tlaèítky. Princip tohoto pøevodu vede k moderním zapojením generátorù na principu pøímé digitální syntézy (DDS), která umoòuje generovat signál od 1 Hz do 200 MHz. Integrované obvody pro DDS známého výrobce Analog Devices jsou ale velmi drahé a tìko dostupné, take popíeme generátor pracující na principu D/A pøevodu, ale v lacinìjí, jednoduí a prùhlednìjí formì. Zapojení generá-
torù pouívajících D/A pøevodu je známé více ne dvacet let, od doby, kdy se na trhu objevily monolitické D/A pøevodníky za pøimìøenou cenu. U nás vak tato zapojení dosud nebyla publikována. Popisovaný generátor nepouívá ádných pøevratných principù ani nedostupných souèástí, pøesto má dobré parametry a velmi malé zkreslení 0,02 %. Èlánek zároveò jednoduchou a prùhlednou formou seznamuje ètenáøe s principem digitální tvorby signálu.
Popis funkce Pøi digitální tvorbì analogového signálu je poadovaný prùbìh signálu uloen v digitální pamìti EPROM. Obsah pamìti je neustále cyklicky èten a pøivádìn na vstupy D/A pøevodníku, pøevádìjícího digitální formu signálu na analogovou. Z výstupu D/A pøevodníku je pak odebírán sinusový signál k dalímu zpracování. Blokové schéma nf generátoru je na obr. 1. Generátor taktu je sestaven ze dvou monostabilních klopných obvodù (MKO) a jeho výstupní kmitoèet lze mìnit potenciometrem RP1A (KMITOÈET-FREQUENCY) v pomìru 1 : 10 od 128 kHz do 1,28 MHz. Pøepínaèem S1A pro nastavení rozsahu (ROZSAH-RANGE) je pak taktovací signál CLK odebírán z výstupù dekadických dìlièù, které ho dìlí deseti, stem, tisícem a desetitisícem. Tak je pøekryt celý rozsah zvukových kmitoètù od 0,2 Hz do 20 kHz v pìti pøepínatelných dekádách. Taktovací signál CLK je dále veden na èítaè adres, jeho estibitový výstup dává pøíkaz k postupnému vybavení edesátiètyø osmibitových slov, uloených v pamìti EPROM. Tato slova pak dávají D/A pøevodníku informaci v digitální formì o okamité velikosti napìtí analogového signálu. S osmibitovým D/A pøevod-
níkem je rozliení amplitudy 2 8, co je 256 krokù (neboli úrovní) s pøesností na 0,4 % na vertikální amplitudové ose. V èasové horizontální ose je jeden prùbìh sinusového signálu (2·π = 360 °) dìlen na 64 úsekù, take v pamìti EPROM je 2 6 pamìových míst, co je 64 adres. Tak jsou v pamìti zaznamenány okamité velikosti sinusového napìtí v 64 krocích po 5,625 ° (360 : 64 = 5,625). Dìlení na 64 èasových úsekù podmiòuje a urèuje velikost taktovacího kmitoètu CLK, který je 64x vyí ne kmitoèet výstupního sinusového signálu generátoru. Jedná se o urèitý kompromis, jemnìjí dìlení na 128 èi více èasových úsekù by vyadovalo pøimìøenì vyí kmitoèet generátoru taktu a mení kapacity v obvodech MKO, co by zhorilo stabilitu kmitoètu. Okamitou velikost napìtí sinusového signálu vypoèteme podle známého vzorce: u = U max·sin(α ·n), kde Umax je vrcholové napìtí signálu, úhel α je v naem pøípadì 5,625 ° a n jsou celá èísla od 1 do 64. Po D/A pøevodu je na výstupu D/A pøevodníku schodovitý prùbìh sinusového signálu s malými pøechodovými zákmity. Abychom získali èistý sinusový signál, zaøadíme na výstup jednoduchou dolní propust RC se strmostí -6 dB na oktávu, potlaèující ony neádoucí vysoké kmitoèty, které jsou natìstí od základního kmitoètu dostateènì vzdáleny. Napø. pro kmitoèet 2 kHz je kmitoèet neádoucího signálu 64x vyí, tj. 128 kHz. Potlaèení dolní propusti je na tomto kmitoètu ji 36 dB. Dolní propust je prùbìnì ladìna potenciometrem RP1B, který je spøaen s ladicím potenciometrem RP1A. Kondenzátory C1 a C5 propusti se volí pøepínaèem S1B, který je spøaen s pøepínaèem rozsahù S1A. Tato jednoduchá dolní propust sice dostaèuje, ale je urèitým kom-
promisem. Pøeladitelná pásmová propust èi pøeladitelná dolní propust s vìtí strmostí by znaènou mìrou komplikovaly zapojení. Za dolní propustí je potenciometr RP2 pro nastavení velikosti výstupního signálu (ÚROVEÒ-LEVEL) a za ním následuje výstupní zesilovaè s moností posuvu stejnosmìrné sloky (DC POSUV-DC OFFSET). Za zesilovaèem je na výstupu dìliè (ATTENUATOR) sloený ze esti odporových èlánkù Π s útlumem 3 dB, 6 dB, 10 dB a 3x 20 dB. Generovaný signál je vyveden na výstupní konektor K2 (VÝSTUP-OUTPUT). Výstupní impedance generátoru je 50 Ω a je dána výstupním odporem zesilovaèe, resp. výstupního odporového dìlièe. Pøepínaè S2 umoòuje pouít výstupní zesilovaè s výstupním dìlièem samostatnì, pøièem vstup zesilovaèe je vyveden na konektor K1 (AMP IN).
Popis zapojení Generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres Tento modul, jeho schéma je na obr. 2, slouí pro adresaci pamìti EPROM. Skládá se z generátoru taktu - pøeladitelného oscilátoru s IC1 typu 74HCT123, ètyø dekadických dìlièù obsaených v IC2 a IC3 typu 74HCT390 a výstupního binárního èítaèe adres IC4 typu 74HCT4040. Kmitoèet signálu z generátoru taktu je 128 a 1 280 kHz. Pro jednotlivé rozsahy je dekadickým dìlièem dìlen deseti, stem, tisícem a desetitisícem. Taktovací signál CLK z výstupu dekadického dìlièe je vdy 64x vyí ne kmitoèet nf signálu na výstupu generátoru. Pro první rozsah 0,2 a 2 Hz je kmitoèet CLK 12,8 a 128 Hz, pro druhý rozsah 2 a 20 Hz je kmitoèet CLK 128 a 1280 Hz, tøetí rozsah 20
Obr. 1. Blokové schéma digitálního nf generátoru
Electus
2006
7
a 200 Hz má kmitoèet CLK 1,28 a 12,8 kHz, ètvrtý rozsah 200 Hz a 2 kHz má CLK 12,8 a 128 kHz a na pátém rozsahu 2 a 20 kHz se odebírá signál CLK pøímo z výstupu oscilátoru, kde má kmitoèet 128 a 1280 kHz. Signál z desítkových dìlièù je pøiveden na jednu sekci pìtipólového pøepínaèe S1A (ROZSAH-RANGE). Z bìce pøepínaèe je taktovací signál veden pøes invertor T1 na vstup binárního èítaèe IC4. Z výstupù Q0 a Q5 IC4 je odebíráno estibitové slovo prùbìnì adresující vstupy A0 a A5 pamìti EPROM. Desítkové dìlièe i binární èítaè jsou v obvyklém zapojení, take za zmínku stojí pouze pøeladitelný oscilátor. Oscilátor je sestaven ze dvou monostabilních klopných obvodù (MKO). První MKO vytváøí impuls s pevnì nastavenou délkou asi 0,1 µs, je je dána hodnotami souèástek R1 a C1. Výstup Q prvního MKO je pøiveden na spoutìcí vstup druhého MKO. Ten má promìnnou dobu pøeklopení, nastavitelnou v pomìru 1 : 10 potenciometrem RP1 v sérii s rezistorem R2. Doba pøeklopení druhého MKO je asi 0,8 a 8 µs. Výstup Q druhého MKO je spojen se spoutìcím vstupem prvního MKO, take se oba MKO neustále navzájem pøeklápìjí, èím vznikne trvale bìící oscilátor. Na stabilitì kmitoètu tohoto oscilátoru závisí stabilita výstupního signálu generátoru. Pøestoe se jedná o jednoduché zapojení, stabilita je pomìrnì dobrá, øádu 100 ppm v rozmezí teplot 20 a 25 °C. To umoòuje pouít ètyømístný èítaè pro kontrolu výstupního kmitoètu. V obou MKO je nutno pouít stabilní kondenzátory, C1 je keramický z hmoty NPO a C2 je styroflexový. Takté je potøebný i kvalitní tandemový potenciometr, i kdy zde výbìr není velký. Pro jemné nastavení kmitoètu je vhodné zaøadit do série s RP1 (KMITOÈET-FREQUENCY) jetì jeden potenciometr (FINE), který má 10x a 20x mení odpor ne RP1A. Tento
8
Obr. 2. Generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres potenciometr pak slouí k jemnému nastavení kmitoètu. Z výstupu oscilátoru je moné odebírat signál pro èítaè zobrazující kmitoèet generátoru. Èítaè musí mít hradlovací èas 64x kratí nebo musí mít pøedøazenou dìlièku 1 : 64, aby zobrazoval správný výstupní kmitoèet. Zobrazení na ètyøi místa jistì s rezervou vyhoví. Desetinné teèky budou pøepínány tøetí sekcí pøepínaèe rozsahù S1C, ètvrtá sekce S1D pak vybírá informaci o mìøení v kHz èi Hz, která bude indikována dvìma LED. Toto zapojení není souèástí konstrukce. Dalí moností je mìøit výstupní kmitoèet generátoru pomocí èítaèe s automatickým pøepínáním rozsahu, jak je uvedeno v lit. [5]. Signál pro tento èítaè je nejvhodnìjí odebírat z bìce pøepínaèe dolní propusti S1B pøes sériový rezistor o odporu 1 MΩ a tvarovat Zenerovou diodou se Zenerovým napìtím 4,7 V, která omezuje zápornou pùlvlnu na 0,7 V a kladnou na 4,7 V. Tento èítaè je té ètyømístný a je znaènì chytrý, podle autora mìøí kmitoèty od 0,005 Hz do 5 MHz.
Pamì EPROM Pamì EPROM (obr. 3) je typu 27C256, co znaèí, e její obsah je 256 kilobitù. Tento obsah mnohonásobnì pøesahuje nae potøeby. Pro zobrazení jednoho prùbìhu potøebujeme pouze 64 krokù krát rozliení 8 bitù, co je 512 bitù. Uvedená pamì byla zvolena proto, e je to v souèasnosti nejlevnìjí typ pamìti EPROM na trhu. Pamì vak mùeme pouít i pro naprogramování jiných typù prùbìhù a pro následné dalí pokusy s popsaným zapojením.
Electus
2006
Adresové vstupy A0 a A5 pamìti EPROM jsou propojeny s výstupy èítaèe adres, take obsah pamìti je neustále periodicky èten, èím vzniká plynulý prùbìh výstupního signálu v èasové ose. Ostatní vstupy A6 a A14 jsou spojeny pøes rezistory R1 a R9 se sbìrnicí kladného napájecího napìtí +5 V, mají tudí úroveò H. Spojením vstupu A6 se zemí (úrovní L) uvolníme blok pamìti, ve kterém je zapsán prùbìh sinusového signálu. Spojíme-li se zemí dalí vstup A7 a uvedeme-li A6 do úrovnì H, mùeme zvolit dalí prùbìh signálu, napø. trojúhelníkový. Tímto zpùsobem lze uvolòovat jednotlivé bloky pøepínaèem, který uzemòuje pøísluné vstupy, a volit tak tvar výstupního signálu. Tato varianta je pouze naznaèena. Pøi jiných tvarech výstupního signálu s obsahem vyích harmonických (trojúhelník, obdélník apod.) narazíme jistì na omezení daná výstupním filtrem RC, který odfiltruje vyí harmonické a signál nebude mít pøesnì takový tvar, jaký bychom si pøáli. Bez filtru bude mít zase schodovitý prùbìh. Popsaný jednoduchý filtr RC vyhoví pouze pro signál sinusový. Na vstupy pamìti pro uvolnìní èipu CE a uvolnìní výstupù OE je té pøivedeno pøes rezistory napìtí +5 V, tyto vstupy jsou vak trvale dreny na úrovni L, co umoòuje provoz pamìti pro trvalé ètení obsahu. Osm výstupù pamìti je vedeno na obvod IC2 typu 74HC273, co je osminásobný klopný obvod typu D, který slouí jako pamìový registr, jeho obsah je pøepisován vzestupnou hranou signálu CLK. Registr IC2 zabezpeèuje bezchybný pøenos infomace z pamìti EPROM na vstup D/A pøe-
Obr. 3. Pamì EPROM
vodníku. Chybný pøenos by mohl nastat vlivem zpodìného vybavení pamìti pøi vìtích adresovacích rychlostech. Drahé D/A pøevodníky mají tento registr na vstupu v sobì ji integrován. Pro správné sfázování adresace pamìti EPROM a pøepisu obsahu pamìti do registru je na vstupu CLK èítaèe adres právì onen invertor s tranzistorem T1. Výstupy Q0 a Q7 registru jsou vedeny na vstupy B1 a B8 D/A pøevodníku. Pozor, vstupy D/A pøevodníku mají opaènì uspoøádané váhy. Vstup B1 má nejvyí váhu (MSB) vstup B8 má nejnií váhu (LSB). Programovací vstup V P pamìti EPROM a nulovací vstup R registru jsou pøi ètení mimo funkci a jsou trvale v úrovni H. Obsah pamìti EPROM je v tab. 1 na konci èlánku a také je moné jej stáhnout z internetových stránek tohoto èasopisu (a jak inzeruje GM, je moné pøi zakoupení nechat pamì na prodejnì naprogramovat).
D/A pøevodník
stupy. Pøi vstupním proudu 2 mA je s rezistory o odporu 5 kΩ rozsah výstupního napìtí ±10 V. S rezistory o odporu 0,5 kΩ je rozsah výstupního napìtí ±1 V. Pro sinusový signál to pøedstavuje mezivrcholové napìtí. Zapojení pøevodníku vyhovuje i pro stejnosmìrné aplikace s velkými nároky na pøesnost pøevodu a stabilitu výstupního napìtí. Osmibitový pøevod odpovídá 28 = 256 krokùm a rozliení 0,4 %. Na desce pøevodníku je zdroj referenèního napìtí IC1 typu REF01. Trimrem RT1 lze na výstupu tohoto obvodu nastavit referenèní napìtí Uref = 10,00 V. Referenèní napìtí je pøivádìno pøes rezistor R1 na kladný vstup REF+ obvodu IC2. R1 vytváøí spolu se zdrojem referenèního napìtí IC1 zdroj referenèního proudu I ref pro D/A pøevodník. Proud Iref je úmìrný velikosti referenèního napìtí U ref a odporu rezistoru R1 (I ref = U ref /R 1 ). V naem pøípadì pro Uref = 10,00 V a R1 = 5 kΩ je proud I ref = 2 mA.
Schéma D/A pøevodníku je na obr. 4. Kvùli snadné dostupnosti a nízké cenì byl zvolen pøevodník typu DAC08, i kdy dnes patøí ji mezi nestory D/A pøevodu. Tento pøevodník pøevádí vstupní osmibitové slovo na výstupní proud. Výstupní proud je odebírán z proudových výstupù oproti zemi. Oba proudové výstupy jsou navzájem inverzní. Kdy se proud jednoho z výstupù zvìtuje, proud druhého se zmenuje a naopak, pøièem souèet obou proudù zùstává konstantní a je roven vstupnímu referenènímu proudu tekoucímu do vstupu REF+. Výstupní napìtí je urèeno odporem rezistorù pøipojených na proudové vý-
Rezistor R2, který je zapojen mezi záporný vstup REF- pøevodníku a zem, kompenzuje napìový úbytek zpùsobený vstupními proudy pøevodníku. Jeliko jsou vstupní proudy velmi malé a napìová nesymetrie vstupu je øádu mV, lze tento rezistor vynechat a vstup REF- spojit pøímo se zemí. Místo drahého obvodu REF01 je moné pouít laciný a dostupnìjí typ napìové reference TL431 nebo mùeme spojit vstup REF+ rezistorem R1 o odporu 7,5 kΩ pøímo se sbìrnicí kladného napájecího napìtí +15 V. V posledním jmenovaném pøípadì dostaneme stejný proud (I ref = 2 mA), avak s horí stabilitou. V naem pøípadì to ale nevadí, tvar prùbìhu na výstupu pøevodníku zùstane zachován. Takté odpory rezistorù R1 a R2 na vstupu èi R3 a R4 na výstupu pøevodníku mohou být rùzné (4,7; 5,1; 5,6 kΩ apod.). Jejich velikost urèuje pouze amplitudu napìtí na výstupu D/A pøevodníku. K výstupùm D/A pøevodníku je pøipojen rozdílový zesilovaè s operaèním zesilovaèem (OZ) IC3 typu NE5534, který má okolo sebe rezistory R3 a R4 (jedná se o ji døíve zmínìné rezistory). Tento zesilovaè má jednotkové zesílení, oddìluje výstupy pøevodníku od následujících obvodù a vytváøí zdroj výstupního napìtí s témìø nulovým vnitøním odporem. Rychlost pøenosu D/A pøevodníku závisí v podstatì na rychlosti tohoto OZ, proto byl zvolen relativnì rychlý typ s mezním kmitoètem 10 MHz a rychlostí pøebìhu 10 V/µs. Rezistory R3 a R4 by mìly být shodné s tolerancí do 0,5 %. I tento zesilovaè lze vypustit a výstupní napìtí odebírat z nìkterého z výstupních rezistorù zapojených mezi proudovými výstupy IC2 a zemí. Napìtí na tìchto rezistorech je vzájemnì inverzní a lze pouít jeden èi druhý proudový výstup. OZ IC3 vak zabezpeèuje rozkmit výstupního napìtí symetrický vùèi zemnímu potenciálu a není tudí tøeba na výstupu pouívat oddìlovací kondenzátor, který by na niích kmitoètech musel mít velkou kapacitu.
Obr. 4. D/A pøevodník
Electus
2006
9
Seøízení D/A pøevodníku spoèívá v nastavení výstupního referenèního napìtí 10,00 V potenciometrem RT1 a ve vykompenzování napìové nesymetrie OZ IC3 (tj. v nastavení nulového klidového napìtí na výstupu IC3) trimrem RT2. Pøi tom musí být vstupy A/D pøevodníku v úrovni L, kromì nejvyí hodnoty (MSB) B1, která má úroveò H. Tato konfigurace vstupního slova odpovídá nulové výstupní úrovni. Èinnost D/A pøevodníkù DAC08 je podrobnì popsána v lit. [2].
Výstupní zesilovaè Pro generátor byly vyzkoueny tøi typy výstupních zesilovaèù, liících se maximálním rozkmitem výstupního napìtí. Vìtina publikovaných zapojení nf èi funkèních generátorù má na výstupu zesilovaèe velmi jednoduché, èasto pouze operaèní zesilovaèe v neinvertujícím zapojení s jednotkovým ziskem. Zesilovaè by mìl mít dostateèný rozkmit do zátìe 50 Ω, malé zkreslení a vyrovnanou kmitoètovou charakteristiku. Proto je nutné pouít støednì rychlé OZ typu NE5534, LM318, LF356, CA3140 pod. Uvedené typy OZ jsou kompromisem mezi rychlostí a cenou. Výstupy OZ jsou posíleny komplementárními dvojicemi tranzistorù, pracujících ve tøídì AB a A s dostateèným chlazením a s klidovým proudem 20 a 50 mA. Tyto tranzistory jsou zapojeny se spoleèným kolektorem, co má za následek mení rozkmit výstupního napìtí, nebo se spoleèným emitorem, kdy i výstupní dvojice tranzistorù napìovì zesiluje. Zesilovaèe mají monost stejnosmìrného posuvu støední úrovnì signálu (DC OFFSET). Tato funkce je vypínatelná. Schéma první verze výstupního zesilovaèe s IO LM318 je na obr. 5.
Obr. 5. První verze výstupního zesilovaèe s LM318 Zesilovaè s LM318 má ze vech verzí nejmení rozkmit výstupního napìtí a na impedanci 50 Ω poskytuje maximálnì efektivní napìtí 5 V pøi napájecím napìtí ±15 V. Pøedpìtí pro tranzistory T1 a T2 se vytváøí úbytkem napìtí na diodách D1 a D2. Zesilovaè je v neinvertujícím zapojení se vstupním odporem kolem 100 kΩ a desetinásobným zesílením. Klidový proud výstupních tranzistorù lze nastavit zmìnou odporu rezistorù R8 a R9, zesílení závisí na pomìru odporù rezistorù R5 a R4. Ve druhé verzi zesilovaèe, její schéma je na obr. 6, jsou vyuity dva OZ typu LF356. První OZ IC1 pracuje v neinvertujícím zapojení s napìovým zesílením A = 3, které je dáno pomìrem odporù rezistorù R5 a R4 (A = R5/R4 + 1). Má takté zaveden stejnosmìrný posuv do invertujícího vstupu. Rozsah posuvu lze mìnit zmìnou odporu rezistoru R3. Druhý OZ má v napájecích pøívodech rezistory R7 a R8, na nich vzni-
Obr. 6. Druhá verze výstupního zesilovaèe s 2x LF356
10
Electus
2006
kají úbytky napìtí, které øídí proud bází dvojice koncových tranzistorù T1 a T2 pracujících v zapojení se spoleèným emitorem. Velkosti odporu rezistorù R7 a R8 spolu s velkostí odporu zpìtnovazebních rezistorù R12 a R13 urèují klidový proud koncových tranzistorù. Záporná zpìtná vazba vytvoøená rezistory R12 a R13 stabilizuje pracovní bod tranzistorù. Kondenzátory C3 a C4 zmenují zesílení na vyích kmitoètech a zabraòují zákmitùm. Napìové zesílení koncové dvojice je urèeno dìlièem R11, R10 a je rovno dvìma. Celkové napìové zesílení IC2 je dáno pomìrem odporù rezistorù R9 a R6 a je rovno pìti. Zesílení celého zesilovaèe je tedy 15. Napájecí napìtí OZ typu LF356 mùe být a ±20 V. Poslední tøetí verze zesilovaèe, její schéma je na obr. 7, je urèena pro vyí napájecí napìtí a ±30 V. Vzhledem k tomu, e dostupné transformátory poskytují maximálnì
Obr. 7. Tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534 24 V na sekundárním vinutí, byl zesilovaè zkouen pøi napájení ±22 V. Zesilovaè je v invertujícím zapojení se vstupním odporem 10 kΩ a dvacetinásobným zesílením, které je urèeno pomìrem odporù rezistorù R9 a R1. Stejnosmìrný posuv je zaveden do invertujícího vstupu OZ IC1 pøes rezistor R15. Komplementární pár koncových tranzistorù T3 a T4 pracuje v zapojení se spoleèným emitorem a je buzen tranzistory T1 a T2 zapojenými v napájecích pøívodech OZ IC1. Na báze tranzistorù T1 a T2 je dìlièi R3, R5 a R4, R6 zavedena polovina napájecího napìtí zesilovaèe. Úbytek napìtí na rezistorech R7 a R8 otevírá báze koncových tranzistorù a spoleènì s odpory rezistorù R12 a R13 urèuje velikost jejich klidového proudu. Místní zpìtná vazba zavedená dìlièem R11, R10 urèuje napìové zesílení koncové dvojice podobnì jako u pøedchozího zapojení. Kondenzátory C1 a C2 sniují zisk na vyích kmitoètech a zmenují náchylnost zesilovaèe ke kmitání. Na výstupech vech verzí zesilovaèù jsou zaøazeny dva paralelnì zapojené rezistory o odporu 100 Ω, které urèují vnitøní odpor zesilovaèe. Bez tìchto rezistorù dostaneme na výstupu zesilovaèe díky prakticky nulovému vnitønímu odporu dvojnásobné výstupní napìtí, ovem bez impedanèního pøizpùsobení na následující napìový dìliè. Operaèní zesilovaèe lze samozøejmì nahradit i jinými typy, jako napø. TL071, TL081 apod. Snahou bylo vyzkouet OZ, které by se hodily pro zesilovaèe schopné pøenáet i nesinusový signál (trojúhelníkový apod.). Takový signál ji obsahuje vyí harmonické, a proto mezní kmitoèet zesilovaèù by mìl být vyí ne 20 kHz, øádu stovek kHz a jednotek MHz. Kvùli tomu, e nejnií generovaný kmitoèet je mení ne 1 Hz, neby-
ly nikde pouity vazební kondenzátory a celá trasa signálu je vázána stejnosmìrnì. Stejnosmìrný posuv je øízen potenciometrem RP3 (DC OFFSET) shodnì u vech variant. Pokud jej nepouijeme, je vhodné místo RP3 zapojit trimr o odporu 10 a 100 kΩ a nastavit jím nulové stejnosmìrné napìtí na výstupu zesilovaèe. Zesilovaèe není tøeba nastavovat, mùeme vak zkontrolovat klidové proudy koncových tranzistorù nebo mìnit zisk úpravou odporù zpìtnovazebních rezistorù. Pro pokusy je ale nutný generátor funkcí a osciloskop. Zapojení s operaèními zesilovaèi jsou popsána v lit. [7].
Výstupní dìliè Výstupní dìliè (ATTENUATOR), jeho zapojení je na obr. 8, je tvoøen kaskádou pøepínatelných útlumových èlánkù Π sestavených z pøesných rezistorù. Útlum jednotlivých èlánkù je 3 dB, 6 dB, 10 dB a 3x po 20 dB, take výsledný útlum mùe být a 79 dB, co
pøi napìtí 10 V z výstupního zesilovaèe pøedstavuje minimální výstupní napìtí generátoru pøiblinì 1 mV. Vstupní i výstupní impedance dìlièe je 50 Ω. Jak ji bylo øeèeno, vnitøní odpor výstupního zesilovaèe je mení ne 1 Ω, a proto je do série s výstupem zesilovaèe zaøazen pøizpùsobovací odpor 50 Ω, který je realizován dvìma paralelnì zapojenými rezistory o odporu 100 Ω. Je tøeba pøipomenout, e dìliè má pøísluný útlum jen v pøípadì, e je zatíen objektem se vstupní impedancí 50 Ω, jinak nesouhlasí napìtí namìøené vestavìným voltmetrem s napìtím na výstupu dìlièe. Je-li výstup nezatíen, je výstupní napìtí dvojnásobné oproti napìtí pøi správném zatíení odporem 50 Ω. V praxi to znamená, e si musíme upravit vstupní impedanci mìøeného objektu paralelním èi sériovým rezistorem na 50 Ω, nebo mìøit napìtí pøímo na vstupu mìøeného objektu externím milivoltmetrem. Tato skuteènost platí pro vechny typy útlumových èlánkù. Rezistory jednotlivých sekcí s tolerancí do 1 % jsou pøipájeny pøímo na vývody páèkových èi tlaèítkových pøepínaèù S1 a S6. Pro zesilovaè s výstupním napìtím 10 V (tj. pøi výkonu zesilovaèe 2 W/50 Ω) vyhoví rezistory se zatíitelností 0,6 W. Pøi výstupním napìtí zesilovaèe 15 a 20 V (tj. pøi výkonu zesilovaèe 5 a 8 W/50 Ω) jsou nutné rezistory pro zatíení 2 W. Výstup atenuátoru je veden na výstupní konektor K2 (OUTPUT 50 Ω) typu zásuvka BNC. Pokud by byl poadován jiný výstupní odpor generátoru, napø. 600 Ω, je tøeba vynásobit odpory rezistorù v útlumových èláncích pomìrem 600/ /50, tedy dvanácti, a na výstup zesilovaèe zapojit místo odporu 50 Ω odpor 600 Ω (tj. dva paralelní rezistory o odporu 1,2 kΩ. Výklad a výpoèet útlumových èlánkù Π a T najdeme v lit. [4].
K2
Obr. 8. Výstupní dìliè
Electus
2006
11
Obr. 9. Napájecí zdroj digitálního nf generátoru
Napájecí zdroj Schéma napájecího zdroje je na obr. 9. Zdroj poskytuje symetrické napìtí pro výstupní zesilovaè, které lze regulovat v rozmezí ±15 a ±30 V (podle pouitého síového transformátoru), a napìtí +5 V pro logické obvody. Ve zdroji jsem pouil výhodnì zakoupený (v GES) transformátor 230/2x 24 V s výkonem 12 VA a proudovou zatíitelností 2x 0,25 A. Jednotlivá napìtí jsou stabilizována stabilizátory øady LM. První v poøadí jsou regulovatelné LM317/337, za nimi následují 7815/7915 a 7805. Vstupy a výstupy stabilizátorù jsou blokovány tantalovými kondenzátory C3 a C10 a jako ochrana stabilizátorù proti napìtí opaèné polarity (v pøechodových stavech pøi vypnutí) slouí diody D1 a D10. Proudová spotøeba závisí na odbìru výstupních zesilovaèù, s uvedeným transformátorem lze realizovat výstupní zesilovaè s maximálním výstupním efektivním napìtím 10 V, tj. s napájecím napìtím ±20 V. Záleí té na spotøebì pouitého èítaèe a DVM, které odebírají asi 100 mA. Zdroj +5 V by bylo tedy vhodnìjí napájet ze samostatného transformátoru o výkonu 3 VA s napìtím 8 V.. Zapnutí zdroje indikuje zelená LED D11. Zdroj je postaven na dvou deskách s plonými spoji - stabilizátory jsou na jedné desce, síový transformátor s usmìròovaèem a vyhlazovacími kondenzátory C1 a C2 jsou na druhé.
Nf signál je do usmìròovaèe odebírán z výstupu zesilovaèe pøed výstupním dìlièem (na blokovém schématu na obr. 1 je to vyznaèeno ipkou s nápisem ACV-METR). Signál pro usmìròovaè je zmenován odporovým dìlièem (není nakreslen na schématu) na velikost 1 V. Usmìròovaè vyhodnocuje støední hodnotu støídavého napìtí, ale je cejchován v hodnotì efektivní. Zapojení pøesného usmìròovaèe je klasické se dvìma OZ. První OZ IC1 pracuje jako jednocestný usmìròovaè v inventujícím zapojení s diodami D1 a D2 ve zpìtné vazbì, druhý OZ IC2 pracuje jako souètový zesilovaè s jednotkovým zesílením pro vstupní signál a s dvojnásobným zesílením pro signál z výstupu jednocestného usmìròovaèe. Na výstupu IC2 je pulsující dvoucestnì usmìrnìné ss napìtí, které je vyhlazováno tantalovým kondenzátorem C1. Èasovou konstantou èlánku (R6 + RT2)·C1 je urèován dolní mezní kmitoèet filtru. Vstup usmìròovaèe musí být stejnosmìrnì oddìlen oddìlovacím kondenzátorem nebo musí být nf napìtí mìøeno bez nastavení ss posuvu
jeho støední hodnoty (pøi vypnuté funkci DC OFFSET). Pøi pøímé vazbì bez vazebního kondenzátoru by DC OFFSET znemoòoval pøesné mìøení. Z tohoto dùvodu je výhodné na èelní panel umístit tlaèítko pro vypínání ss posuvu (DC OFFSET OFF). Pøi vstupním napìtí 1 V pracuje usmìròovaè v rozsahu od jednotek Hz do stovek kHz. Na místì IC1 je pouit rychlý OZ typu NE5534 a jako D1 a D2 jsou pouity Schottkyho diody. Usmìròovaè seøídíme tak, e pøi zkratovaném vstupu nastavíme trimrem RT1 nulové napìtí na výstupu, poté na vstup pøivedeme støídavé napìtí 1 V/1 kHz a trimrem RT2 nastavíme na výstupu ss napìtí 1 V. Na výstup usmìròovaèe lze pøipojit ruèkové mìøidlo se stupnicí 0 a 10 V èi DVM s rozsahem 1 V. Digitální mìøidlo s citlivostí 200 mV je nutné opatøit napìovým dìlièem. Ruèkové mìøidlo má výhodu v analogovém odeèítání mìøené velièiny a zvlátì v tom, e mùe mít stupnici té v dB. Analogový odeèet je moný zhruba v rozmezí 22 dB. Pøesný popis funkce lineárního usmìròovaèe lze najít napø. v lit. [6].
Pøesný usmìròovaè Pøesný usmìròovaè se pouívá k mìøení výstupního nf napìtí generátoru a jeho schéma je na obr. 10.
12
Obr. 10. Pøesný usmìròovaè
Electus
2006
Stavba a nastavení Pøestoe zapojení nemá ádné záludnosti a není a tak sloité, nepøedpokládám, e by se do stavby pustil zaèáteèník, pro kterého je jistì vhodnìjí zapojení generátoru s Wienovým zpìtnovazebním èlánkem. Proto ani není nutné popisovat detaily konstrukce. Vechny obvody generátoru jsou zkonstruovány z vývodových souèástek umístìných na devíti deskách s jednostrannými plonými spoji. Obrazce spojù a rozmístìní souèástek na deskách jsou na obr. 11 a obr. 28. Generátor je vestavìn do plechové stínicí skøíòky, øeení pøedního panelu pøístroje je na obr. 29.
Transformátor je umístìn u zadní stìny skøíòky, na pøední stìnì jsou vechny ovládací prvky, mìøiè kmitoètu a mìøidlo výstupního napìtí. Je tøeba dbát na správné propojení jednotlivých desek. Obvodová zem je spojena s kostrou pøístroje pouze v místì vývodu výstupního konektoru. Pøívod síového napìtí je proveden dvouvodièovì a pøístroj je konstruován s tzv. dvojitou izolací, co znamená, e kovová kostra není spojena s ochranným vodièem (PE) sítì. Pøi nf mìøeních toti èasto vadí dvojitá zem, zpùsobená spojením koster generátoru, mìøeného zaøízení a osciloskopu èi milivoltmetru s ochranným (resp. nulovacím) vodièem sítì. Proto jsou výhodnìjí mìøi-
cí pøístroje bateriové nebo takové, které nemají obvodovou zem potenciálovì spojenou se sítí.
Závìr Uvedená konstrukce je jistì zajímavým øeením nf generátoru sinusového signálu, který se vyznaèuje velmi malým zkreslením øádu setin procenta. Jednotlivé stavební bloky jsou zámìrnì øeeny oddìlenì, take je lze vyzkouet blok po bloku a mohou slouit jako stavební díly i pro mnohé jiné pøístroje. Uvedené konstrukèní øeení umoòuje i dalí experimenty s digitální tvorbou periodických prùbìhù støídavých napìtí.
Obr. 11. Obrazec spojù na desce FA-GTA (generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres). Mìø.: 1 : 1
Obr. 12. Rozmístìní souèástek na desce FA-GTA (generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm
Obr. 13. Obrazec spojù na desce FA-EPROM (pamì EPROM). Mìø.: 1 : 1
Obr. 14. Rozmístìní souèástek na desce FA-EPROM (pamì EPROM). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm
Obr. 15. Obrazec spojù na desce FA-D/A (D/A pøevodník). Mìø.: 1 : 1
Obr. 16. Rozmístìní souèástek na desce FA-D/A (D/A pøevodník). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm
Electus
2006
13
Závìrem bych rád podìkoval pøátelùm z radioklubu OK1KRQ, jmenovitì pak Láïovi OK1ZIA za naprogra-
mování pamìti EPROM a Romanovi OK1XST za pøevod dokumentace a textù do digitální podoby.
Desky s plonými spoji zájemcùm zcela jistì vyrobí plzeòský Elektrosound, jeho inzerce je i v inzertní
Obr. 17. Obrazec spojù na desce FA-VYZ1 (první verze výstupního zesilovaèe s LM318). Mìø.: 1 : 1
Obr. 18. Rozmístìní souèástek na desce FA-VYZ1 (první verze výstupního zesilovaèe s LM318). Rozteè upevòovacích dìr je 65 nebo 50 x 25 mm
Obr. 19. Obrazec spojù na desce FA-VYZ2 (druhá verze výstupního zesilovaèe s 2x LF356). Mìø.: 1 : 1
Obr. 20. Rozmístìní souèástek na desce FA-VYZ2 (druhá verze výstupního zesilovaèe s 2x LF356). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm
Obr. 21. Obrazec spojù na desce FA-VYZ3 (tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534). Mìø.: 1 : 1
Obr. 22. Rozmístìní souèástek na desce FA-VYZ3 (tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm
Obr. 23. Obrazec spojù na desce FA-NZ1 (napájecí zdroj - stabilizátory). Mìø.: 1 : 1
Obr. 24. Rozmístìní souèástek na desce FA-NZ1 (napájecí zdroj -stabilizátory). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm
14
Electus
2006
èásti èasopisu PE, vechny souèásti jsou dostupné a byly zakoupeny u dvou prodejcù (GES a GM), co ovem nevyluèuje pouít souèásti z vyøazených elektronických pøístrojù.
Literatura [1] Sinus Bit für Bit - digitaler Sinusgenerator, Elektor 1/1987, s. 56 a 60. [2] Støí, V.: Pøevodníky D/A, Amatérské rádio pro konstruktéry 1/1993.
[3] Petøík, J.: Mìøení elektrických velièin na poèítaèi PC, AR-B 2/1992. [4] Silver, H. W.: Atenuátory, Radioamatér 1/2005 s. 6 a 7. [5] Zajíc, M.: Stupnice pro nf generátor, Praktická elektronika 12/2000, s. 30 a 31. [6] Pøímé metody pøevodu AC/DC. AR-B 5/1976, s. 168 a 169. [7] Belza, J.: Operaèní zesilovaèe pro obyèejné smrtelníky. BEN, Praha 2004. [8] Matouek, D.: Udìlejte si z PC - 2. díl. BEN, Praha 2002, s. 179 a 201.
Obr. 25. Obrazec spojù na desce FA-NZ2 (napájecí zdroj - transformátor). Mìø.: 1 : 1
Obr. 27. Obrazec spojù na desce FA-PU (pøesný usmìròovaè). Mìø.: 1 : 1
Seznam souèástek Generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres - deska FA-GTA
R1 R2 R3 R4 C1 C2 C3, C4 C5 T1 IC1
2,2 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 4,7 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 15 pF/50 V, NPO, keram. 220 pF/100 V, FKP, fóliový 100 nF/50 V, Y5V, keram. 10 µF/35 V, tantalový BS170 74HCT123 (DIL)
Obr. 26. Rozmístìní souèástek na desce FA-NZ2 (napájecí zdroj - transformátor). Rozteè upevòovacích dìr je 75 x 60 mm
Obr. 28. Rozmístìní souèástek na desce FA-PU (pøesný usmìròovaè). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm
Obr. 29. Pøední panel digitálního nf generátoru
Electus
2006
15
IC2, IC3 74HCT390 (DIL) IC4 74HCT4040 (DIL) objímka DIL16 4 kusy pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 18 kusù deska s plonými spoji FA-GTA
Pamì EPROM - deska FA-EPROM R1 a R11 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. C1 100 nF/50 V, Y5V, keram. C2 10 µF/35 V, tantalový IC1 27C256 (DIL) IC2 74HC273 (DIL) objímka DIL28 1 kus objímka DIL20 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 20 kusù deska s plonými spoji FA-EPROM
D/A pøevodník - deska FA-D/A R1, R2 R3, R4 R5
5,1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 5,1 kΩ/0,1 %/0,6 W, met. 100 Ω/1 %/0,6 W, metal., viz text RT1 10 kΩ, trimr 25-otáèkový, typ 64W RT2 100 kΩ, trimr 25-ot., typ 64W C1 10 nF/50 V, Z5V, keram. C2, C3 100 nF/50 V, Y5V, keram. C4, C5 10 µF/35 V, tantalový kondenzátory dolní propusti (viz obr. 1): C1 220 pF/100 V, FKP, fóliový C2 2,2 nF/100 V, MKS, fóliový
C3 22 nF/100 V, MKT, fóliový C4 220 nF/100 V, MKT, fóliový C2 2,2 µF/50 V, MKT, fóliový IC1 REF01 (DIP) IC2 DAC08 (DIL) IC3 NE5534 (DIP) objímka DIL8 2 kusy objímka DIL16 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 20 kusù deska s plonými spoji FA-D/A
První verze výstupního zesilovaèe s LM318 - deska FA-VYZ1 R1 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R2 100 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R3 3 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R4 200 Ω/1 %/0,6 W, metal. R5 1,8 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R6, R7 2,2 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R8, R9 2,2 Ω/1 %/0,6 W, metal. R10, R11 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. C1 47 pF/50 V, NPO, keram. C2, C3 100 nF/50 V, Y5V, keram. C4, C5 10 µF/35 V, tantalový C6, C7 100 µF/25 V, radiální D1, D2 1N914 (1N4148) T1 2N2219 (NPN, 0,8 W) T2 2N2905 (PNP, 0,8 W) chladièe TO39, V4415 2 kusy IC1 LM318 (DIP) objímka DIL8 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 12 kusù deska s plonými spoji FA-VYZ1
Pøední panel nf generátoru
Druhá verze výstupního zesilovaèe s LF356 - deska FA-VYZ2 R1, R1 R2 R3, R5, R6 R4 R7, R8 R9 R10 R12, R13 R14, R15 C1 C2
11 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 1 MΩ/1 %/0,6 W, metal. 20 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 10 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 120 Ω/1 %/0,6 W, metal. 100 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 470 Ω/1 %/0,6 W, metal. 1 Ω/1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. 10 pF/50 V, NPO, keram. 270 pF/50 V, P350 (N1000), keramický C3, C4 68 pF/50 V, P350 (N1000), keramický C5, C6 100 nF/50 V, Y5V, keram. C7, C8 10 µF/35 V, tantalový C9, C10 100 µF/25 V, radiální T1 BD140 (TO126) T2 BD139 (TO126) chladiè V5640 2 kusy IC1, IC2 LF356 (DIP) objímka DIL8 2 kusy pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 13 kusù deska s plonými spoji FA-VYZ2
Tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534 - deska FA-VYZ3 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R14, R16 R7, R8 R9, R15 R10 R11 R12, R13 R17, R18
10 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 270 Ω/1 %/0,6 W, metal. 200 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 470 Ω/1 %/0,6 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 10 Ω/1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/5 %/2 W, metaloxidové C1 22 pF/50 V, NPO, keram. C2 680 pF/50 V, Y5V, keram. C3, C4 100 µF/25 V, radiální C5, C6 100 nF/50 V, Y5V, keram. C7, C8 10 µF/35 V, tantalový T1 2N2222 (NPN, 0,5 W) T2 2N2907 (PNP, 0,5 W) T3 BD140 (TO126) T4 BD139 (TO126) chladiè V5640A 2 kusy IC1 NE5534 (DIP) objímka DIL8 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 11 kusù deska s plonými spoji FA-VYZ3
Výstupní dìliè Výkonové dimenzování rezistorù stupòù dìlièe platí pro výkon generátoru do 2 W, pro vìtí výkony pouít rezistory se zatíitelností 2 W (viz text). R1 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. stupeò -3 dB: 2x 300 Ω/1 %/0,6 W, metal. 33 Ω/1 %/0,6 W, metal. 39 Ω/1 %/0,6 W, metal. stupeò -6 dB: 2x 150 Ω/1 %/0,6 W, metal. 68 Ω/1 %/0,6 W, metal. 82 Ω/1 %/0,6 W, metal. stupeò -10 dB: 2x 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. 130 Ω/1 %/0,6 W, metal.
Nf generátor bez horního krytu
16
Electus
2006
Tab. 1. Obsah pamìti EPROM 27C256 digitálního nf generátoru v hexadecimálním kódu. Prùbìhy generovaného signálu jsou specifikovány na obr. 30 :103FC00000050B10151B20252B30353B40454B5071 :103FD000555B60656B70757B80858B90959BA0A50C :103FE000ABB0B5BBC0C5CBD0D5DBE0E5EBF0F5FBA6 :103FF000FFF0E0D0C0B0A090807060504030201042 :105FC000FFFBF5F0EBE5E0DBD5D0CBC5C0BBB5B052 :105FD000ABA5A09B95908B85807B75706B65605B96 :105FE00055504B45403B35302B25201B15100B05DC :105FF00000102030405060708090A0B0C0D0E0F021 :106FC0000004080C1014181C2024282C3034383CE1 :106FD0004044484C5054585C6064686C7074787CD1 :106FE0008084888C9094989CA0A4A8ACB0B4B8BCC1 :106FF000C0C4C8CCD0D4D8DCE0E4E8ECF0F4F8FCB1 :1077C000FFFCF8F5F0ECE8E4E0DCD8D4D0CCC8C49A :1077D000C0BCB8B4B0ACA8A4A09C9894908C888489 :0177E000807C7874706C6864605C5854504C484479 :1077F000403C3834302C2824201C1814100C080469 :107BC00000000000000000000000000000000000B5 :107BD000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFB5 :107BE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFA5 :107BF000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF95 :107DC00000000000000000000000000000000000B3 :107DD00000000000000000000000000000000000A3 :107DE0000000000000000000000000000000000093 :107DF000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF93 :107EC00000000000000000000000000000000000E2 :107ED00000000000000000000000000000000000A2 :107EE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFA2 :107EF000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF92 :107F40000008101820283038404850586068707871 :107F500080889098A0A8B0B8C0C8D0D8E0E8F0F861 :107F6000FFF8F0E8E0D8D0C8C0B8B0A8A0989088D2 :107F700080787068605850484038302820181008C1 :107F8000808C99A5B1BCC7D1DAE2EAF0F5FAFDFE22 :107F9000FFFEFDFAF5F0EAE2DAD1C7BCB1A5998C93 :107FA0008074675B4F44392F261E16100B060302A0 :107FB000010203060B10161E262F39444F5B67740F :107FC000FFFFFF00FFFFFF00FF00FF000000FF00BA :107FD000FF000000FF00FFFFFF00000000000000A6 :107FE0000000000000000000000000000000000091 :107FF0000000000000000000000000000000000081 :00000001FF
150 Ω/1 %/0,6 W, metal. 3 stupnì po -20 dB: 6x 62 Ω/1 %/0,6 W, metal. 3x 390 Ω/1 %/0,6 W, metal. 3x 680 Ω/1 %/0,6 W, metal. D1 a D6 LED zelená, 3 mm S1 a S6 pøepínaè tlaèítkový ètyøpólový nebo páèkový dvoupólový
Napájecí zdroj - stabilizátory - deska FA-NZ1 R1, R4 R2, R3
220 Ω/1 %/0,6 W, metal. viz text na obr. 9, 1 %/0,6 W, metal. 3,3 kΩ/1 %/0,6 W, metal.
R5 C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10 10 µF/35, tantalový D1 a D10 1N4007 D11 LED zelená, 3 mm IC1 LM317 (TO220) IC2 7815 (TO220) IC3 7805 (TO220) IC4 LM337 (TO220) IC5 7915 (TO220) chladiè V5640A 5 kusù pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 10 kusù deska s plonými spoji FA-NZ1
pila R 1:3 pila L 1:3 pila R
trojúhelník vstup A7 EPROM je v úrovni L obdélník vstup A8 EPROM je v úrovni L
pila L
impuls H, 1 : 3 vstup A9 EPROM je v úrovni L
impuls L 1:3
impuls L, 1 : 3 vstup A10 EPROM je v úrovni L
impuls H 1:3
pila L vstup A11 EPROM je v úrovni L
obdélník
pila R vstup A12 EPROM je v úrovni L
trojúhelník
sinus telegraficky skupina znakù ZIA (logo autora)
Napájecí zdroj - transformátor - deska FA-NZ2 C1, C2 Cp
1 000 µF/35 V, radiální 220 nF/275 VAC (pøipojen paralelnì k primárnímu vinutí TR1) Cs 4x 22 nF/50 V, Z5V, keramické (pøipojeny paralelnì k vývodùm D9) D9 usmìròovací mùstek KBP01 TR1 síový transformátor 230 V/2x 24 V/12 VA (EI 60/21 224) pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 3 kusy deska s plonými spoji FA-NZ2
Pøesný usmìròovaè - deska FA-PU Na desce jsou dva shodné pøesné usmìròovaèe, následující souèástky jsou pouze pro jeden z nich. R1, R2, R3, R4, R5, R6 10 kΩ/1 %/0,6 W, metal. RT0 50 kΩ, trimr 25-otáèkový, typ 64W (neosazovat) RT1 10 kΩ, trimr 25-otáèkový, typ 64W RT2 2,5 kΩ, trimr 25-ot., typ 64W
Electus
sinus vstup A6 EPROM je v úrovni L
2006
pila L, 1 : 3 vstup A13 EPROM je v úrovni L pila R, 1 : 3 vstup A14 EPROM je v úrovni L
Obr. 30. Prùbìhy generovaného signálu a adresování pamìti EPROM C1, C2, C3 22 µF/25 V, tantalový D1, D2 BAT85 (Schottky) IC1 NE5534 (DIP) IC2 LM741 (DIP) objímka DIL8 2 kusy pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 7 kusù deska s plonými spoji FA-PU
Ostatní souèástky RP1A, RP1B 2x 50 kΩ/N, tandemový potenciometr RP2 10 kΩ/N, potenciometr RP3 10 kΩ/N, potenciometr K1, K2 zásuvky BNC 50 Ω, na panel S1A, S1B otoèný pøepínaè dvoupólový, estipolohový S1, S2, S3 pøepínaè páèkový dvoupólový, 230 V/0,5 A F1 pojistka 0,25 A pojistkový drák panelový 1 kus síová pøístrojová vidlice panelová B-AC-E 1 kus knoflíky plastové ∅ 18/20 mm 5 kusù noky samolepicí E20 4 kusy èítaè kmitoètu (PE 12/2000, viz text) 1 kus ruèkový voltmetr 60 x 47 mm, FB-460/ /10 V/10 kΩ 1 kus rámeèek pro DVM 2 kusy kovová skøíòka atd.
17
Hodiny reálného èasu Jaroslav ák Èíslicových hodin u bylo publikováno mnoho, ale ádné nesplòovaly tyto dùleité poadavky: · èitelnost na vìtí vzdálenost, · automatická regulace jasu displeje vùèi okolnímu osvìtlení, · bezproblémový chod hodin pøi dlouhodobém výpadku napájení, · automatické pøestavení letního èasu, · korekce pøesnosti chodu hodin, · po resetu mikroprocesoru test registrù a displeje, · jednoduchá konstrukce.
Technické údaje Napájení:
externí, síový napájecí adaptér (ss, st 12 V/0,8 A, napø. MW 1208GS). Záloní napájení: Lithiová baterie CR 2032. Proudový odbìr: øídicí èást asi 20 mA, displej od 100 mA do 0,6 A (v závislosti na okolním osvìtlení). Zobrazení: zelený displej LED 25 mm, spoleèná anoda. Rozmìry: . 165 x v. 105 x hl. 35 mm.
Vlastnosti pøístroje Formát zobrazení èasu: hod; min; sek, napø. 15. 37. 23 (programové oetøení pøi nastavení datumu a èasu - max. 23 hod; max. 31 dnù; max. 12 mìsícù). Formát zobrazení datumu: den v týdnu; den; mìsíc, napø. Po 24. 8. (programové potlaèení zbyteèných nul na displeji u datumu a èasu). Cyklické pøepínání zobrazení èasu a datumu: 45 s se zobrazuje èas a 6 s se zobrazuje datum. Zobrazení dne v týdnu: speciální symboly Po, Ut, St, Ct, PA, So, NE (N vypadá jako ruské velké P). Dva nastavovací reimy: nastavení èasu a datumu, nastavení èasové odchylky za týden (offset). Zadávaná odchylka: na displeji se na 2 s zobrazí nápis OFFSEt a poté zadáme týdenní èasovou odchylku ve formátu: znaménko; desítky s; jednotky s. Znak P znamená plus (napø. P16 se zadává, kdy se hodiny pøedbíhají
18
o 16 s), znak - znamená minus (napø. -27 se zadává, kdy se hodiny zpoïují o 27 sekund), hodnota je uloena v RAM reálného èasu! Korekce pøesnosti: jednou týdnì od posledního nastavení a sputìní hodin, èas týdenní kalibrace je uloen v RAM reálného èasu! Monost vypnutí letního èasu: vytaením jumperu JP1. Po kadém resetu mikroprocesor testuje RAM reálného èasu, zdali u bylo do ní zapisováno. Pokud nebyl proveden zápis, pøednastaví se nulový offset a nastaví se 1. 6. 2003 Nedìle 12 : 00 : 00. Nastavení hodin a datumu je na displeji indikováno po dobu dvou sekund nápisem o nastavované poloce (viz tab. 1). Funkce tlaèítek: Rozliujeme krátký stisk tlaèítka (< 2 s) a dlouhý stisk tlaèítka (> 2 s).
Obr. 1. Hodiny v provozu Dlouhé stisknutí tlaèítek SET/ /SHIFT + LIST/UP v reimu ètení - vstup do nastavení offsetu (týdenní èasové odchylky). Dlouhé stisknutí tlaèítka SET/ /SHIFT: a) v reimu ètení - vstup do nastavení èasu a datumu, b) v reimu nastavení - uloení nastavených hodnot, sputìní hodin - sekundy v nulovém stavu! Krátkým stisknutím tlaèítka SET/ SHIFT v reimu nastavení se posune kursor (pøejde se na dalí nastavovanou poloku). Krátkým stisknutím tlaèítka LIST/ /UP v reimu nastavení se nastavená hodnota zvìtí o 1. Krátkým stisknutím tlaèítka LIST/ /UP v reimu ètení èasu se pøepne zobrazení èasu a datumu. Pokud jsme v reimu nastavení a nebylo po dobu 15 s stisknuto ádné tlaèítko, hodiny se vrátí zpìt do reimu ètení a nic se neuloí! Kadý stisk tlaèítka je akusticky indikován krátkým pípnutím piezomìnièe.
Tab. 1. Nastavení hodin a datumu Nastavovaná poloka
Nápis na displeji
1. 2. 3. 4.
dEntYd dESHod JEdHod dESMin (M se píe jako ruské velké P) JEdMin dESdni JEddní JEdMES dESMES JEdLEt dESLEt
den v týdnu desítky hodin jednotky hodin desítky minut
5. jednotky minut 6. desítky dní 7. jednotky dní 8. jednotky mìsícù 9. desítky mìsícù 10. jednotky let 11. desítky let 12. opìtné nastavení dne v týdnu
Electus
2006
Blikající nastavovaná hodnota Po 12. 37 Ct 22. 37 Ct 23. 37 Ct 23. 47 Ct 23. 49 12. 07. 03 22. 07. 03 23. 07. 03 23. 10. 03 23. 12. 03 23. 12. 04
Popis funkce Schéma hodin je na obr. 2. Hodiny jsou napájeny z externího síového zdroje. Graetzùv mùstek v pøívodu napájení zajiuje správnou polaritu napájecího napìtí a dovoluje pouít i støídavý napájecí zdroj. Srdcem hodin je vynikající obvod fy Dallas DS1302 (IC14), se kterým
komunikuje po tøívodièové sbìrnici mikroprocesor 89C4051 (IC1). Po resetu mikroprocesoru se po dobu 1 s zobrazí na displeji název pøístroje a èíslo verze programu (napø. rtc-1), poté na displeji svítí nápis test, po nìm se provede kontrola sériových registrù a vech segmentù displeje. Po tomto hardwarovém testu se u zobrazuje reálný èas a datum.
Zobrazení roku ve ètecím reimu je naprosto zbyteèné. Automatické nastavení jasu displeje øídí fotorezistor R11 typu MPY7P. Úbytek napìtí na rezistoru R12 je veden na vstup operaèního zesilovaèe LM741 (IC15), který pracuje jako neinvertující zesilovaè. Jeho napìové zesílení se nastavuje trimrem R13. Napìtí z výstupu IC15
Obr. 2. Hodiny reálného èasu
Electus
2006
19
se vede pøes dìliè napìtí (R15, R16) na referenèní vstup ADJ tøísvorkového stabilizátoru LM317 (IC17). Z výstupu IC17 jsou napájeny spoleèné anody displeje DISP1 a DISP6. Pøi plném osvìtlení fotorezistoru nastavíme trimrem R13 maximální proud displeje, a to v rozsahu 100 mA a 0,6 A. Trimrem R17 seøizujeme jas displeje pøi úplné tmì. Mikroprocesor posílá data sériovì do registrù IC2 a IC7. Paralelní data
z výstupù tìchto registrù jsou výkonovì zesílena obvody IC8 a IC13, které jsou tvoøeny Darlingtonovými transistory. U èíslicovek jsou do pøívodù k desetinným teèkám zapojeny pøedøadné rezistory, protoe teèky jsou tvoøeny jen jednou LED oproti ostatním segmentùm, které jsou tvoøeny vdy dvìma LED. Bez rezistorù by tudí desetinné teèky byly pøebuzeny a svítily by a oranovì!
Pøesnost reálného èasu (týdenní odchylka) se koriguje pøesnì po týdnu chodu hodin. Uivatel si nejprve musí zmìøit tuto týdenní nepøesnost, a tu pak zadat v nastavovacím reimu offsetu (v rozmezí ± 0 a 60 s). Tento zpùsob je pro uivatele výhodný, nebo nevyaduje speciální vybavení. Lithiovou baterii lze nahradit zálohovacím kondenzátorem 1 F/5 V, nelze ji vak zamìnit za niklokadmiovou
Obr. 3. Obrazec spojù na stranì pájení na desce hodin (mìø.: 1 : 1)
Obr. 4. Obrazec spojù na stranì souèástek na desce hodin (mìø.: 1 : 1)
20
Electus
2006
Obr. 5. Rozmístìní souèástek na desce hodin baterii, protoe DS1302 má vypnutý programovatelný dobíjeè.
Mechanická konstrukce Hodiny jsou zkonstruovány na jedné desce s oboustrannými plonými spoji s prokovenými dírami. Obrazce spojù jsou na obr. 3 a obr. 4. Rozmístìní souèástek na desce je na obr. 5. Pøedøadné rezistory desetinných teèek (R4 a R9) jsou umístìny na stranì pájení, ostatní souèástky jsou na pøední stranì desky. Stabilizátor LM317 je pøiroubován na zadní stìnì skøíòky, která souèasnì plní funkci chladièe. Vechny integrované obvody jsou v precizních objímkách, èíslicovky LED jsou pøipájeny pøímo na desku! Napájecí konektor je na spodní stranì desky pøilepen sekundovým lepidlem. Stabilizátor LM317 je propojen s deskou tøíilovým lankem, které je proti ukroucení zajitìno prùchody dvìma dírami (viz obr. 8). Skøíòka hodin je spájena z cuprextitu o tlouce 1,5 mm oboustrannì plátovaného mìdí (viz obr. 6). Dno skøíòky je zaputìno 3 mm pod zadní hranu skøíòky. Dno nemusí být pøipájeno po celém obvodu, staèí vdy 1 cm pájeného spoje a 3 cm mezery (zabrání se tak deformaci skøíòky vysokou teplotou). Spoje jsou zatmeleny a skøíòka je nastøíkána barvou ve spreji. Pøední stìna skøíòky je tvoøena kouøovým organickým sklem o tlou-
Obr. 6. Výkres cuprextitových dílù skøíòky hodin
Electus
2006
21
ce 4 mm, které je zaputìno 3 mm pod pøední hranu skøíòky. Pro ovládací tlaèítka jsou do pøední stìny vyvrtány 2 díry o prùmìru 7 mm. Na spodní stranì desky s plonými spoje jsou 4 distanèní sloupky o délce 8 mm, na horní stranì desky jsou 4 distanèní sloupky o délce 15 mm. Pomocí tìchto sloupkù je deska pøipevnìna do skøíòky a spojena s pøední stìnou. Vechny díry do skøíòky a do pøední stìny vrtáme a podle skuteèné rozteèe distanèních sloupkù, ovládacích tlaèítek, seøizovacích trimrù a napájecího konektoru. Pøední stìnu skøíòky mùeme podle libosti polepit ozdobnou samolepicí fólií s popisem (obr. 7). Pravá a spodní strana fólie se po nalepení oøíznou iletkou. Výsledná podoba hodin je zøejmá z obr. 1 a obr. 8.
Seznam souèástek Vechny rezistory jsou miniaturní se zatiitelností 0,4 W, velikost 0204 R1 8,2 kΩ R2 10 kΩ R3 33 Ω R4 a R9 680 Ω R10 10 kΩ R11 fotorezistor MPY7P R12 1 kΩ R13 trimr 5 kΩ (typ PK50HK005) R14 220 Ω R15,R16 2,2 kΩ R17 trimr 10 kΩ (typ PK50H010) C1, C2 33 pF, keramický C3, C5 5 (4,7) µF/15 (35) V, radiální C4 1 000 µF/40 V, axiální C6, C7 100 nF, keramický Q1 hodinkový krystal 32,786 kHz Q2 krystal 3 MHz (pouzdro HC49U) B1 Graetzùv usmìròovaè B250C4000 T1 BC337-40 IC1 89C4051 IC2 a IC7 74HC595 IC8 a IC13 ULN2803A IC14 DS1302 IC15 LM741 IC16 7805 IC17 LM317T (vechny IO jsou v pouzdrech DIL) Disp1 a Disp6 HD-AA12RD piezomìniè KPB1220 G1 lithiová baterie CR 2032 drák lithiové baterie BH2032 tlaèítka P-DT6 napájecí konektor K375A JP1 jumper precizní objímky: SIL05 12 ks
22
Obr. 7. Samolepicí fólie s potiskem (nálepka), kterou mùe být polepena pøední stìna hodin (bez mìøítka) DIL20 1 ks DIL18 6 ks DIL16 6 ks DIL08 2 ks síový napájecí adaptér MW1208GS cuprextit o tlouce 1,5 mm oboustrannì plátovaný mìdí (na skøíòku) organické sklo na pøední stìnu skøíòky distanèní sloupky: typ DA5M3X08 4 ks typ DI5M3X15 4 ks Vechny souèástky jsou z prodejny GM Electronic, Brno.
Závìr Zájemcùm o stavbu polu naprogramovaný mikroprocesor za 100 Kè plus 50 Kè potovné. Adresa autora: Jaroslav ák 790 61 Lipová láznì 181 mobil: 608 632 003 608 632 980 e-mail:
[email protected]
Obr. 8. Deska hodin vyjmutá ze skøíòky
Electus
2006
Univerzálna sada pre mobilné telefóny Matej vantner Kontrukcia má jednu ve¾mi jednoduchú úlohu: Zabezpeèi, aby bol vá MT vdy po ruke, nabitý, pripravený k pouívaniu a aby ste ho pri telefonovaní nemuseli dra. Struène a jasne: Je to stolná HF sada kombinovaná s nabíjaèkou.
Popis funkcie Sada je urèená pre uívate¾ov, ktorí majú MT so systémovým portom (Siemens, Sony, Sagem, Alcatel a pod.). Majitelia Nokií budú môc pouíva iba niektoré funkcie. Sada je zloená z viacerých celkov, ktoré sa vzájomne neovplyvòujú, a preto je moné ich oddeli a pouíva jednotlivo, alebo pouíva iba èas. Celkov je spolu 6. Patrí sem efektové zariadenie, vstupný a výstupný zosilòovaè (pre zosilnenie signálu z externého mikrofónu a koncový zosilòovaè pre reproduktor), nabíjací obvod a obvod, ktorý pripája sadu k MT. Celková schéma sady je na obr. 1. Prvá èas je efektové zariadenie, ktoré pri zapnutom telefóne vytvára svetelný efekt. Jeho súèiastky sú
oznaèené èíslami od 1 do 19. Srdcom efektového zariadenia je Johnsonov desastupòový èítaè. Pre zaèiatoèníkov uvádzam struèný popis: Na vstup ENA je privedené kladné napájacie napätie, aby obvod reagoval na kadý vzostupný impulz na vstupe CLK. Na tento vstup je pripojený generátor frekvencie, zloený z dvoch hradiel NAND, potenciometra P1, ktorým sa mení frekvencia impulzov, rezistora R7 a kondenzátora C7. Zvyné dve hradlá NAND sú pripojené paralelne k hradlu IC1A. Rozsah frekvencie záleí od hodnôt C7, R7 a P1. Hodnoty P1 a R7 zvo¾te pod¾a vlastného uváenia. Pri kadom vzostupnom impulze na CLK je stav èítaèa zvýený o 1. Poèiatoèný stav je úroveò H na Q0 a L na Q1 a Q9. Po impulze na CLK sa úroveò H prene-
sie na Q1, po ïalom impulze je H len na Q2. Týmto spôsobom je úroveò H prenesená a na Q6, ale tento výstup je cez kondenzátor C8 privedený na vstup RES, ktorý resetuje èítaè a dej zaèína odznova. Na kadý z výstupov Q0 a Q5 je pripojený rezistor R1 a R6, ktorý zaruèuje, aby sa pri úrovni L neotvoril iadny z tranzistorov. Pri úrovni H na Q0 sa tranzistor T1 otvorí a kondenzátor C1 sa naplno nabije. Po impulze na CLK sa zmení na Q0 úroveò H na L. Ak by v zapojení nebol kondenzátor C1, tranzistor T1 by sa okamite uzavrel, ale C1 sa pomaly vybíja do báze tranzistoru a tým zaruèuje pomalé pohasínanie diódy LED1, ktorá je pripojená na kolektor T1. Diódy LED1 a LED6 sa rozsvecujú a zhasínajú iba vtedy, ak je na vstupe ON kladné napätie min. 3 V. Toto napätie je privedené na optoèlen OK3, jeho fototranzistor sa otvorí a spojí katódy LED1 a LED6 s kladným napájacím napätím. Teraz LED svietia tak, ako je to popísané vyie. V prípade, e je MT vypnutý, na jeho výstupe ON nie je napätie, optoèlen je uzavretý a LED nesvietia. Ete jedno upozornenie: Ak by ste na mieste T1 a T6 pouili tranzistory s ve¾mi ve¾kým zosilením prúdu, pred diódy LED treba vloi vhodný rezistor. Druhá èas je nf zosilòovaè, ktorého súèiastky sú oznaèené od 20 do 29. Zosilòovaè je urèený na zosilnenie zvuku z výstupov MT R+ a R-. Na tieto výstupy je bene pripojené slúchadlo v handsfree sade. Slabý signál z R+ (R- je spojený so zemou) Obr. 1. Schéma univerzálnej sady pre mobilné telefóny (USPMT)
Electus
2006
23
Obr. 2. Schéma zdroja pre USPMT je privedený na C20, ktorý ho filtruje a privádza na bázu tranzistora T20, ktorý má v kolektore zapojený T21. Výstupný signál je cez C21, ktorý z neho filtruje prípadnú jednosmernú zloku, privedený na potenciometer P20 (regulácia hlasitosti). Potom nasleduje ïalí filtraèný kondenzátor a výstupný signál vedie na konektor SV20. Niekedy je potrebné vloi pred SV20 rezistor a kondenzátor pre potlaèenie vysokých frekvencií. Keïe zosilòovaè nie je iadny výstavný kúsok a má pomerne malé zosilnenie, je vhodné zapoji výstup na vstup AUX nejakej Hi-fi vee a pod. Tretia èas je tie nf zosilòovaè. Jeho základný popis vynechám, lebo je to kópia prvého zosilòovaèa. Jeho súèiastky sú oznaèené od 30 do 49. Zosilòovaè bol prevzatý z [1]. Má dva vstupy, konektor SV30 je pre mikrofón a druhý vstup na konektore SV31 je pre magnetofón, discman a podobné zdroje signálu, na tomto vstupe je aj potenciometer P30 (hlasitos). Výstup zo zosilòovaèa sa privádza na výstupy MIC1 a MIC2, ktoré sú pripojené na MT. P31 obmedzuje výstupnú hlasitos a P32 potlaèuje vysoké frekvencie. Na rozdiel od prvého zosilòovaèa, mikrofón nepotrebuje také vysoké zosilnenie, a preto je tento zosilòovaè vhodný. Samozrejme, najlepie by bolo zohna malý zosilòovaè typu TDA a nahradi ním oba nf zosilòovaèe. Ïalia, tvrtá èas, je bistabilný klopný obvod (BKO), ktorý signalizuje MT, e sada je aktívna. Súèiastky sú èíslované od 50 do 69. Vetky èasti
tejto sady by boli nefunkèné, keby MT nevedel o pripojenom zariadení. BKO je ve¾mi jednoduchý: Kondenzátor C51 je vdy buï vybitý, alebo nabitý. Pri stlaèení tlaèidla TL50 sa náboj z C51 (ak nezoeniete fóliový C51, môe by aj elektrolyt) prenesie na T51, ale ak nie je nabitý, tak je T51 stále otvorený a je udrovaný v tomto stave pomocou prúdu, ktorý preteká cez R53. R52 chráni tranzistor T51 pred prúdovými pièkami. V prípade, e svieti LED50, optoèlen OK50 je aktivovaný a jeho fototranzistor spája kontakty HF1 a HF2. Teraz sa na displeji MT zobrazí ikona pripojenej HF sady a pri hovore sa dá prevzatie a zloenie ovláda tlaèidlom TL100, ktoré je pripojené na kontakty RECEIVE, ïalej mikrofón a reproduktor vstavaný v MT nie je aktívny, ale pouívajú sa tie, èo sú pripojené k sade. Piata èas je presne taký istý BKO ako tvrtá èas, ale neovláda pripojenie HF sady, ale nabíjanie batérie v MT. Obsahuje súèiastky s èíslom 70 a vyie. V prípade aktivácie BKO, keï svieti LED70, na MT by mala by ikona nabíjania, lebo optoèlen spojí kladný pól zdroja s batériou MT (záporné póly sú u spojené). Posledná èas sa skladá iba z optoèlena OK2 a konektora RELE. V prípade zvoniaceho MT je na vstupe CALL kladné napätie z batérie MT, to sa prenesie na optoèlen a fototranzistor spojí pin 2 konektora RELE so zemou. Napájací zdroj v prípade MT, ktoré majú nabíjaèku na 5 a 6 V,
Obr. 3. Obrazec spojov na doske USPMT (mer.: 1 : 1)
24
Electus
tvorí samotná nabíjaèka, je to ve¾mi úsporné rieenie a hodí sa hlavne pre Siemensy (nabíjaèka 5 V). Ale pozor, nabíjaèka pre MT Siemens nie je stavaná na trvalú maximálnu záa, a preto odporúèam diódy LED v efektovom zariadení vymeni za nízkopríkonové a zväèi odpor rezistorov R1 a R6. V prípade, e vá MT nemá vhodnú nabíjaèku, na obr. 2 je schéma potrebného zdroja.
Stavba, súèiastky a oivenie DPS pre USPMT je na obr. 3 a obr. 4, DPS pre zdroj je na obr. 5 a obr. 6. Súèiastky osadzujte pod¾a ve¾kosti (inak bude zloitejie oivovanie), alebo pod¾a vyie popísaných èastí. Indikaèné LED a tlaèidlá vyveïte na predný panel pomocou viacilového vodièa. Pozor na polaritu kondenzátorov a diód. Integrované obvody je lepie osádza do objímok. Najlepie je vstava sadu do krabièky, ktorá je odtienená, lebo mobil dokáe rui úplne vetko. Na oivenie odporúèam regulovate¾ný zdroj nastavený na 5,0 V s obmedzením prúdu. Pripojte k sade reproduktor a mikrofón. Spojte vývod ON s +5 V, LED1 a LED6 by mali svieti v týle Knight rider. Ak sa tak nestane, skontrolujte napájanie, IC2 a skratujte piny 4 a 5 optoèlenu OK3. Ïalej overte oba BKO (ak LED, ktorá signalizuje stav BKO (HF) funguje, ale mobil nereaguje, prehoïte HF1 a HF2) a zosilòovaèe. Ak je vetko v poriadku, pripojte MT na systémový port a zapnite ho. Pripojte napájanie na sadu. Ak je MT zapnutý, èas s Johnsonovým èítaèom by mala
Obr. 4. Rozmiestnenie súèiastok na doske USPMT
2006
Obr. 5. Obrazec spojov na doske zdroja pre USPMT (mer.: 1 : 1)
Obr. 6. Rozmiestnenie súèiastok na doske zdroja pre USPMT by aktívna. Stlaète tlaèidlo TL50 ovládajúce HF sadu, na MT by sa mala objavi ikona HF sady. Potom pripojte relé na konektor RELE a zavolajte na MT. Keï zaène zvoni, relé by malo zopnú. Teraz stlaète tlaèidlo TL100. Hovor by mal by prevzatý. Skúste hovori striedavo do MT a do druhého telefónu, z ktorého voláte. Opä stlaète tlaèidlo TL100. Ak sa hovor ukonèil, vyskúajte nabíjanie. V prípade, e je vetko v poriadku, SADA JE PLNE FUNKÈNÁ!!!
Úpravy sady V tomto odseku popíem nieko¾ko ve¾mi uitoèných úprav, s ktorými získa sada vlastnosti nieko¾kých profesionálnych výrobkov. 1) Spojte kontakty optoèlenu OK2 èíslo 4 a 5 s tlaèidlom RECEIVE, pri zazvonení sada automaticky prevezme hovor (odporúèam vloi istú èasovú kontantu). 2) K sade pripojte mikrofón a reproduktor a na konektor RELE pripojte relé 5 V, ktoré bude zapína magnetofón, nastavený na nahrávanie, na ¾avý kanál pripojte MIC1 a na pravý kanál pripojte SV20-1. Po prevzatí hovoru sa bude hovor nahráva. POZOR, pokia¾ viem, zákony SR dovo¾ujú nahráva hovory iba v prípade, ak o tom obaja úèastníci vedia !!! 3) Na konektor RELE pripojte BKO, ktorý pri prvom impulze zapne pomocou relé vonkají spotrebiè, a po dru-
hom impulze ho vypne. Takto získate dia¾kové ovládanie ovládané prezvonením. 4) Spojte optoèlen OK2 s R7 tak, aby bol R7 pri zopnutí optoèlena skratovaný - pri zvonení budú LED blika rýchlejie.
Nieko¾ko slov na záver Ete pred skontruovaním sady si overte, èi má vá MT systémový port. Ak nie, choïte do obchodu s prísluenstvom pre MT a pozrite sa na HF sadu pre vá telefón. Musí na nej by slúchadlo, mikrofón a tlaèidlo pre prevzatie hovoru. Ak to je na sade, kúpte ju a doma ju rozoberte na jednotlivé èasti. Zistite, na ktoré piny konektoru je pripojené slúchadlo a podobné veci a vetko si zaznamenajte. Zistite aj polohu konektoru na nabíjanie. Pre struèný preh¾ad je na obr. 7 zapojenie MT Siemens A50 (a vetkých MT Siemens s tým istým systémovým portom). elám ve¾a úspechov a dlhú funkènos nového doplnku pre MT. Kontakt na autora je: MT: +421 902 226 893 e-mail:
[email protected]
Literatura [1] PE 6/2003, str. 7.
Zoznam súèiastok Doska USPMT
Obr. 7. Zapojenie MT Siemens A50
P1 P20, P31 P30 P32 R1 a R6 R20, R30 R21, R31, R50, R54, R70, R74 R22, R32, R53, R55, R71, R73 R23, R33 R51, R75 R52, R72 R7 C1 a C6
C7, C8, C20, C30, C33, 100 nF, keramický C21, C22, C31, C32, C35, C36 4,7 µF/35 V, radiálny C50, C71 10 nF, keramický C51, C70 1 µF/63 V, fóliový LED1 a LED6 LED rôznych farieb LED50, LED70 LED 2mA T1 a T6, T20, T21, T30, T31, T50, T51, T70, T71 BC547B IC1 CMOS 4093 IC2 CMOS 4017 OK2, OK3, OK50, OK70 4N35 TL50, TL70, TL100 tlaèidlá-abky X1 konektor ARK500/2 RELE, SV20, SV30, SV31 L02P, alebo iný vhodný konektor konektor a zásuvka pod¾a typu MT (ak nepouívate nabíjaèku ako zdroj, zásuvku nekupujte)
Doska zdroja R1 2 kΩ C1 100 nF/275 VAC C2, C3 100 nF/100 V, fóliový C4, C5 100 µF/35 V, radiálny D1 a D4 1N4007 LED1 LED 3mm IC1 7805 KK1 chladiè pre IC1 IN220, OUT5V svorkovnice ARK500/2 F1 poistka 200 mA TR1 trafo 230 V/12 V/6 VA, EL42-1
viï text 68 kΩ 150 kΩ 25 kΩ 1 kΩ 6,8 kΩ 4,7 kΩ 10 kΩ 1,5 kΩ 1 MΩ 330 Ω viï text 10 µF/35 V, radiálny
Electus
2006
25
Dvì zajímavá zapojení Synchronní usmìròovaè Aktivní usmìròovaèe obvykle obsahují usmìròovací diody, jejich charakteristiky jsou linearizovány tranzistory nebo operaèními zesilovaèi. Tyto usmìròovaèe dobøe pracují na nízkých kmitoètech (do desítek kHz), na kterých mají aktivní souèástky dostateèné zesílení. Na vyích kmitoètech se vak nelinearita diod zaèíná uplatòovat a pøesnost usmìròovaèù klesá. Na obr. 1 je zapojení synchronního usmìròovaèe, kterému nelinearita diod nepùsobí ádné problémy. K usmìròováníní støídavého napìtí jsou v nìm toti místo diod pouity polovodièové spínaèe. Usmìròovaè má vyhovující vlastnosti v rozsahu kmitoètù 0 a 100 kHz. Srdcem usmìròovaèe je analogový multiplexer IO3 typu 74HCT4053, který obsahuje trojici rychlých dvoupolohových pøepínaèù. Jednotlivé pøepínaèe jsou oznaèeny písmeny X, Y a Z. Pøepínaè X se ovládá signálem na vstupu A. Je-li vstup A v úrovni L, je spojen vývod Z s vývodem Z0, pøi úrovni H na vstupu A je spojen vývod Z s vývodem Z1. Podobnì jsou prostøednictvím vstupù B a C ovládány pøepínaèe Y a Z. Dalí ovládací signál se pøivádí na vstup INH. Je-li INH v úrovni L, pracují pøepínaèe uvedeným zpùsobem. Je-li vak INH v úrovni H, jsou vechny tøi pøepínaèe zcela rozpojeny (tedy napø. Z není spojen ani se Z0, ani se Z1). Pøepínaèe mají v sepnutém stavu odpor nìkolik desítek Ω, ve vypnutém stavu stovky MΩ. Parazitní kapacity jsou øádu pF, pøepínaèe jsou pouitelné pro signály o kmitoètu a nìkolika desítek MHz. Pøepínaèe jsou obousmìrné, pøepínaný signál mùe procházet z vývo-
du Z do Z0 nebo Z1 i naopak ze Z0 nebo Z1 do Z. Okamité napìtí pøepínaných signálù se mùe pohybovat v hranicích, které jsou urèeny napájecími napìtími Uee a Udd. Chceme-li pøepínat signál, jeho napìtí je symetrické kolem nuly, musí být napìtí Uee záporné. V popisovaném usmìròovaèi bylo zvoleno Uee = -5 V a Udd = +5 V (u pouitého typu IO mohou být tato napìtí maximálnì -6 a +6 V). Usmìròovaný signál se vede ze vstupu INPUT pøes pøes oddìlovací sledovaè s operaèním zesilovaèem (OZ) IO1A na vstupy X1 a Y0 pøepínaèù a pøes invertor s OZ IO1B na vstupy X0 a Y1. Sledovaè napìovì zesiluje +1x, invertor -1x. Z výstupù X a Y pøepínaèù je signál veden pøes výstupní oddìlovací sledovaèe s OZ IO1C a IO1D na výstup kladného usmìrnìného napìtí OUT+ a na výstup záporného usmìrnìného napìtí OUT-. Pøepínaèe X a Y jsou ovládány impulsy z výstupu rychlého komparátoru IO2 typu LM311, na jeho vstup se rovnì pøivádí usmìròovaný signál. V kladné pùlvlnì signálu je na výstupu komparátoru úroveò H a v pøepínaèích jsou spojeny X1 s X a Y1 s Y. Proto je kladná pùlvlna signálu pøivádìna z výstupu IO1A na výstup OUT+ a invertovaná kladná pùlvlna z výstupu invertoru IO1B na výstup OUT-. V záporné pùlvlnì signálu je na výstupu komparátoru úroveò L a jsou spojeny vývody pøepínaèù X0 s X a Y0 s Y. Záporná pùlvlna je tak pøivádìna na výstup OUT- a invertovaná záporná pùlvlna a na výstup OUT+. Na výstupu OUT+ jsou tedy kladné pùlvlny dvoucestnì usmìrnìného signálu a na výstupu OUT- záporné pùlvlny. Na výstup usmìròovaèe je moné pøipojit filtry a dalí potøebné obvody. Usmìròovaè je napájen stabilizovaným symetrickým napìtím ±5 V,
Obr. 1. Synchronní usmìròovaè
26
Electus
2006
napájecí proud je asi ±6 mA. Obì napájecí sbìrnice jsou dùkladnì blokovány kondenzátory C1 a C8, které jsou pøipojeny co nejblíe k napájecím vývodùm jednotlivých IO. Elektor 7-8/1998
Pøevodník sinus/ /TTL do 80 MHz Pøevodník, jeho schéma je na obr. 2, pøetváøí sinusový signál na pøiblinì pravoúhlý s úrovnìmi TTL. Najde pouití v èítaèích kmitoètu, ve fázových závìsech a v dalích zaøízeních, ve kterých se sinusový vf signál dále zpracovává logickými obvody. Kmitoètový rozsah pøevodníku je 100 kHz a asi 80 MHz a efektivní hodnota vstupního napìtí se mùe pohybovat od 100 mV do 2 V. Vstupní impedance pøevodníku je 50 Ω, take signál lze pøivádìt na vstup i delím koaxiálním kabelem s charakteristickou impedancí 50 Ω. Pøevodník je tvoøen vf zesilovaèem s UHF tranzistorem T1 typu BFR93A v zapojení se spoleèným emitorem, který pro silné signály pracuje jako omezovaè. Pracovní bod tranzistoru je nastaven rezistory R1 a R5 tak, aby omezený signál na kolektoru T1 mìl úrovnì TTL. Elektor 7-8/1998
Obr. 2. Pøevodník sinus/TTL
Malé aktivní reprosoustavy Vladimír Andìl Aktivní reproduktorové soustavy, tedy soustavy s vestavìným zesilovaèem, mají nìkolik výhod. Reproduktory nelze výkonovì pøetíit, protoe zesilovaè má výkon odpovídající jejich zatiitelnosti. Zajímavá je i monost kompenzovat rùzné nectnosti reproduktorové soustavy pøíslunými korekcemi v zesilovaèi. To u pasivních reproduktorových soustav nelze, protoe se pøedpokládá, e libovolný zesilovaè mùe pracovat s libovolnými reprosoustavami. Popisované reprosoustavy vznikly s cílem ovìøit, e i pøi malém objemu a s levnými reproduktory lze získat dobré výsledky. Jejich vyuití je zejména u poèítaèe, ale dokáí dobøe ozvuèit i mení místnost. Reprosoustavy s objemem 3 l, které by mìly pøi svém objemu problémy s reprodukcí basù, hrají ve spojení se zesilovaèem s korekcemi nesrovnatelnì lépe za cenu toho, e se vìtina výkonu zesilovaèe vyuije v pásmu nejniích kmitoètù. To sice omezí maximální vyuitelnou hlasitost, ale pøi výkonu zesilovaèe 2x 12 W je hlasitost pro bìný poslech hudby dostateèná. U malých soustav, u nich vnitøní objem omezuje dolní mezní kmitoèet, nelze pouít bassreflex. Ten sice dokáe na mezním kmitoètu charakteristiku vyrovnat, zároveò ale mezní kmitoèet pøeladí nahoru. Proto je v tomto pøípadì výhodnìjí zcela uzavøená a mírnì pøetlumená soustava s pozvolným poklesem charakteristiky, doplnìná korekcí v zesilovaèi.
Zapojení reprosoustavy je rozdìleno na nìkolik blokù: korekèní zesilovaè s regulací výek a hloubek, výkonový zesilovaè s korekcí kmitoètové charakteristiky reproduktorù, zdroj a výhybka. Na vstupu korekèního zesilovaèe (obr. 1) je za regulátorem hlasitosti a stereováhy tranzistor JFET, který zajiuje malý um i pøi vstupním odporu 100 kΩ. Následuje napìový zesilovaè (U1) se zesílením 23 dB. Pravý kanál je invertován, co je výhodné pro rovnomìrné zatíení obou polovin zdroje pøi reprodukci basù. Nízké kmitoèty jsou v signálu zpravidla obsaeny v obou kanálech a ve shodné fázi. Kdyby oba koncové stupnì odebíraly proud vdy ze stejné vìtve zdroje, vzrostly by nároky na kapacitu filtraèních kondenzátorù.
Na napìový zesilovaè navazuje zpìtnovazební korektor výek a hloubek v bìném zapojení. Mezní kmitoèty jsou pro korekce hloubek asi 500 Hz a pro korekce výek 2 kHz. To sice proti bìnì pouívanému meznímu kmitoètu 1 kHz sniuje rozsah regulace na krajích pásma, ale nedochází k nepøíjemnému ovlivòování støedních kmitoètù. Kondenzátory C5 a C6 zavírají charakteristiku nad slyitelným pásmem a zajiují stabilitu korekèního zesilovaèe. Na výstupu korekèního zesilovaèe je pøi plném vybuzení asi 0,5 V. Korekèní zesilovaè je napájen z nestabilizovaného zdroje, a proto má na desce svùj stabilizátor. Deska s plonými spoji pøedzesilovaèe je na obr. 2 a rozmístìní souèástek na obr. 3. Deska je jednostranná, osazená z obou stran. Koncový zesilovaè s obvodem TDA2030 na obr. 4 obsahuje ve zpìtné vazbì pøemostìný èlánek T R3, R4, C2, C9 pro zdùraznìní nízkých kmitoètù. Rezonanèní kmitoèet je 40 Hz a pøevýení 12 dB. Aby korekce nezdùrazòovala kmitoèty u v okolí 130 Hz, kde má basový reproduktor mírné maximum, je na vstupu zaøazen èlánek R10, C10, R7 zpùsobující od 100 do 150 Hz opaèný sklon charakteristiky. Korekce R5, C3 zmenuje v pásmu nad 2 kHz zesílení o 2 dB. Tím vyrovnává rozdíl v citlivosti výkového a basového reproduktoru a útlum zpùsobený odporem tlumivky ve výhybce v obvodu basového reproduktoru. Rezonanèní obvod L1, C4 a R6 zdùrazòuje 18 kHz o 10 dB a tím kompenzuje pokles citlivosti výkového reproduktoru v této oblasti. Protoe cívka je v blízkosti reproduktorù a výhybky, je pro zamezení vzájemné vazby navinuta na toroidním jádøe.
Obr. 1. Schéma korekèního zesilovaèe
Electus
2006
27
Obr. 5 a 6. Deska s plonými spoji výkonového zesilovaèe a rozmístìní souèástek
Obr. 4. Schéma výkonového zesilovaèe
Obr. 7. Schéma zdroje
Obr. 2. Deska s plonými spoji korekèního zesilovaèe
Obr. 8. Deska s plonými spoji zdroje
Obr. 3. Rozmístìní souèástek korekèního zesilovaèe Pouito je oranové toroidní jádro Pramet, prùmìr 10 mm. Pro indukènost 33 mH je potøeba 190 z. Pouitý typ feritu má vìtí vodivost, a pokud se drát vine na holé jádro, odøe se lak a vinutí se odporem feritu pøíli zatlumí. Pro ochranu jádra se osvìdèilo pokrýt je jednou a dvìma vrstvami sekundového lepidla. Abychom si uetøili práci pøi vinutí, je moné vinout 95 z dvojitým drátem a obì vinutí spojit do série. Deska s plonými spoji zesilovaèe je na obr. 5 a rozmístìní souèástek na obr. 6. Zdroj pro napájení zesilovaèe je symetrický, nestabilizovaný. Schéma napájecího zdroje je na obr. 7, deska s plonými spoji a rozmístìní souèástek na obr. 8 a 9. Na desce zdroje je
28
Obr. 9. Rozmístìní souèástek na desce zdroje
i pojiska F1, která je zapojena do síového pøívodu k transformátoru. Pro napájení se pouívá transformátor 11,7 V/20 W urèený pro halogenové osvìtlení. Transformátor Tronic, který byl pouit v prototypu, je vybaven vratnou tepelnou ochranou a z hlediska bezpeènosti je dùleité, e má dvojitou izolaci. Napìtí naprázdno je 12,5 V a zdroj zatíený klidovým proudem zesilovaèe dává napìtí maximálnì 2x 16 V. Transformátor je sice v signálových pièkách pøetìován, ale krátkodobé pøetíení mu nevadí. Proto je i pojistka dimenzována na vìtí proud a má pouze funkci ochrany proti zkratu. Kdyby bylo pøetíení transformátoru delí, zareagovala by jeho tepelná ochrana.
Electus
2006
Transformátor s oznaèením dvojité izolace (má na títku dva ètvereèky v sobì) mùeme provozovat i bez spojení sekundárního obvodu s ochranným vodièem. To je u elektroakustických pøístrojù výhodné, protoe odpadají problémy se zemními smyèkami pøi spojení s poèítaèem nebo s pøijímaèem spojeným s uzemnìnou anténou. Zde je nutné varovat pøed no name transformátory zpravidla èínské výroby, u nich èasto chybí povinné údaje o certifikaci a také tyto transformátory mohou být nebezpeèné. U transformátoru bez tepelné ochrany nelze poèítat s jeho krátkodobým pøetìováním. Pojistka musí být dimenzována podle jeho výkonu, jinak by dlouhodobìjí plné vybuzení
zesilovaèe mohlo skonèit i poárem. Transformátor dimenzovaný podle plného výkonu zesilovaèe by mìl mít 40 W a pøi bìném provozu by se jeho výkon asi nikdy nevyuil. Proto je zde transformátor 20 W s tepelnou ochranou optimální. U zdroje je nutno z hlediska bezpeènosti vìnovat pozornost mechanickému provedení. Dvojitou nebo zesílenou izolaci musí mít nejen transformátor, ale i pøívody k nìmu. Pøívodní dvojlinka tento poadavek splòuje. Pod deskou zdroje je jetì jedna zcela odleptaná kuprextitová deska, která izoluje desku zdroje od nosného plechu, a mezi obìma deskami jsou 3 mm vysoké plastové distanèní krouky. Pøívody jsou pájeny naplocho a díry v desce v blízkosti pøívodù slouí k jejich provleèení a mechanickému zajitìní. Pokud je deska s plonými spoji bez nepájivé masky, je vhodné ji nalakovat. V izolaèní mezeøe oddìlující síové napìtí nesmí být zbytky tavidel. Na pojistce musí být nasazen plastový kryt a pøívod k vypínaèi musí být zaizolován buírkami. Posledním blokem reprosoustavy je výhybka. Má strmost 12 dB a je naladìna podle pouitých typù reproduktorù. Basový reproduktor ARN10010/4 firmy TVM Acoustics sice pracuje a do oblasti vysokých kmitoètù, ale nad 2 kHz je jeho kmitoètová charakteristika zvlnìná a na vyích kmitoètech se projevuje i jeho velká smìrovost. Proto je výhodné nastavit dìlicí kmitoèet výhybky na 2,5 kHz. U výkového reproduktoru ARV-078-00/4 se nakonec ukázala tlumivka jako zbyteèná, protoe u samotný reproduktor má dostateènì strmý pokles charakteristiky. Charakteristika soustavy byla vyrovnanìjí, kdy byl výkový reproduktor pólován shodnì s basovým. Levá reprosoustava je zapojena s opaènou polaritou ne pravá, aby se vyrovnala polarita signálu, která byla otoèena v korekèním zesilovaèi. Schéma výhybky je na obr. 10. Výhybku jsem zapojil pøímo na vývody reproduktorù. V prototypu byla v sérii s výkovým reproduktorem pouita paralelní kombinace fóliových kondenzátorù 4x 1 µF, ale lze pouít i bipolární elektrolytický s kapacitou 4,7 µF. Frekvenèní charakteristika reprosoustavy je na obr. 12. Mechanické provedení levé a pravé soustavy je rozdílné. V pravé jsou umístìny oba zesilovaèe a ovládací prvky, levá je pouze pasivní. Skøíòky mohou být vyrobeny ze døeva, z pøekliky nebo z podobného materiálu s tloukou 10 mm. Výkresy skøínìk
jsou na obr. 11. Na pøední stìnu staèí pøeklika 5 mm, ale lze pouít i 10 mm desku. Prototyp byl vyroben z 10 mm døevopraky (lisované prákové døevo s pojivem) a povrchová úprava byla provedena váleèkováním akrylátovou barvou. Zadní stìna levé skøíòky má tlouku 10 mm, v pravé je Al plech tlouky 3 mm. Plech slouí jako nosná deska a zároveò jako chladiè pro zesilovaèe. V plechu jsou konektory pro pøipojení vstupu a levé reprosoustavy, vypínaè a vývodka pro síovou òùru. Z fotografií na obr. 13 a 14 je patrné rozmístìní dílù. Dùleité je utìsnìní vech otvorù, jinak pøi výraznìjích basech tyto otvory syèí nebo dokonce pískají. Koncové zesilovaèe jsou pøipevnìny pouze pøiroubobáním integrovaných obvodù na chladiè pøes izolaèní podloky. Spoje je vhodné natøít silikonovou pastou. Vstupní konektor (zásuvka jack 3,5 mm stereo) musí být od desky odizolován, jinak by vznikly zemní smyèky. Je pøiroubován na kousku odleptaného kuprextitu a v plechu je
Obr. 10. Zapojení výhybky
8 mm díra, pøes kterou je destièka nalepena sekundovým lepidlem. U prototypu byla pouita kabelová zásuvka, odøíznutý krouek z plastového krytu slouí jako matice. Pro utìsnìní byla pøes zásuvku navleèena smrtivá buírka. Výstupní konektor cinch pro druhou reprosoustavu je s plechem spojen a je také utìsnìn navleèením smrtivé buírky. Problémy byly u prototypu se spínaèem ze uplíkových zásob, který okolo páèky netìsnil a mìl snahu pískat. Jiné typy spínaèù, napø. P-B068ER z GM problémy s tìsností nemají a pro jistotu lze pøes vypínaè po zaizolování vývodù buírkami jetì pøetáhnout tlustou smrtivou buírku. Na pøední stìnì pravé reprosoustavy je výøez pro umístìní ovládacích prvkù. Shora dolù je to hlasitost, stereováha, výky a hloubky. Potenciometry jsou na nosné destièce, která je pøes distanèní sloupky spojena s druhou deskou s nalepeným 3 a 5 mm filcem, kterou procházejí høídelky. Filc høídelky utìsní. Tenká filcová koleèka je vhodné dát i pod knoflíky.
Obr. 11. Výkres skøínìk
Electus
2006
29
Nelze pouít plastové potenciometry s vroubkovanými høídelkami, výhodné je pouít potenciometry TP 169 (ES Ostrava) s prùmìrem høídelek 4 mm. Deska s potenciometry je pøiroubována a pro zatìsnìní i pøilepena chemoprénem zevnitø k pøední stìnì. Potenciometry jsou s deskou korekèního zesilovaèe spojeny stínìnými kablíky z tenké stínìné dvojlinky. Deska korekèního zesilovaèe je zabalena do bublinkového igelitu a vloena mezi tlumicí vatu, na zadní stìnì pro ni ji místo nezbylo. Tlumivka výhybky byla v prototypu pøilepena ke skøíòce chemoprénem. Jako tlumicí hmota je do kadé skøíòky vloena èalounická vata s rozmìry 15 x 50 cm. Zadní stìny jsou pøiroubovány vruty k vlepeným litám. Pro utìsnìní zadní stìny se mi osvìdèila plastelína. Pøi rozebrání po delí dobì je nutné starou ztvrdlou plastelínu oloupat a pouít novou.
Zdroj C1, C2, C3, C4 10 000 µF/16 V C5 220 nF, CF2 D1, D2 1N5822 F1 pojistka T250 mA pojistkové pouzdro KS20W, plastový kryt KS20-7002-C transformátor 230/11,7 V, 20 W, typ HTOR-20TP-ZS (PS electronic) Výhybka - pro obì 2x C1 4,7 µF/100 V, bipol. C2 10 µF/100 V, bipol.
L1
VS-SP0.68MH1 (PS electronic)
ostatní materiál konektor cinch zásuvka do panelu + vidlice na kabel zásuvka jack 3,5 mm na kabel (viz text) vypínaè páèkový P-B068ER nebo kolébkový P-B100G (GM electronic) dvojlinka k levé reprosoustavì síová òùra dvoupólová vývodka PG7 smrtivé buírky prùmìr 3, 5, 10 mm plastelína, vruty 3x 30
Seznam souèástek Korekèní zesilovaè R1 50 kΩ, lin. potenciometr TP 169 (PS electronic) R2 50 kΩ, log. TP 169 100 kΩ, lin. TP 169 R3, R4 R9, R10 2,2 kΩ, SMD 1206 R11, R12, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R27 10 kΩ, SMD 1206 R13 11 kΩ, SMD 1206 R14, R15 150 kΩ, SMD 1206 R16, R17 15 kΩ, SMD 1206 R24, R25 22 Ω, SMD 1206 R26, R28 3,3 kΩ, SMD 1206 C1, C2, C3, C4, C7, C8, C19, C20 1 µF, SMD 1206 C5, C6 220 pF, SMD 1206 C9, C10, C13, C14 47 nF, SMD 1206 C11, C12, C15, C16 6,8 nF, SMD 1206 C17, C18 470 µF/16 V T1, T2 BF245C, TO92 U1, U2 NE5532, SO16 U3 78L09, TO92 U4 79L05, TO92 knoflík KN104BS na høídel 4 mm Koncový zesilovaè R1 R2 R3, R4 R5 R6 R7, R9, R10 R8 C1 C2 C3 C4 C5 C6, C7 C8 C9 C10 D1, D2 U1 L1 toroidní jádro
30
- pro oba kusy 2x 2,7 kΩ, SMD 1206 22 kΩ, SMD 1206 15 kΩ, SMD 1206 68 kΩ, SMD 1206 1 kΩ, SMD 1206 33 kΩ, SMD 1206 1 kΩ, RR 4,7 µF/50 V 1 µF, CF2 1,5 nF, SMD 1206 2,2 nF, CF2 1 µF, SMD 1206 220 µF/16 V 220 nF, SMD 1206 100 nF, CF2 33 nF, CF2 1N4007 SMD TDA2030 33 mH, viz text 10/5,5/4 H22 (PS electronic)
Obr. 12. Frekvenèní charakteristika reprosoustavy
Obr. 13 a 14. Fotografie reprosoustav a zdroje se zesilovaèem
Electus
2006
Diskoblikátko Petr Kramara Pøed nedávnem jsem byl poádán, zda bych nepostavil barevnou hudbu, která byla otitìna v roce 1974. V dnení dobì se ji staré souèástky patnì shánìjí, a proto vznikla tato konstrukce. Základní vlastnosti Napájecí napìtí: Poèet spínaèù:
230 V/50 Hz. 4.
Popis zapojení Nejdùleitìjí èástí celé konstrukce je vstupní obvod, který vytváøí impulzy pro hradlové pole U1. Vstupní signál ze zdroje hudby je veden pøes oddìlovací kondenzátor C1 na potenciometr R13, kterým se nastavuje vstupní úroveò. Rezistor R15 a kondenzátor C2 tvoøí dolní propust, aby rytmus blikání byl øízen pøedevím basovými tóny. Tento signál je pak veden do první èásti operaèního zesilovaèe U6, který pracuje jako pùlvlnný usmìròovaè. Usmìrnìný signál pokraèuje do integraèního èlánku tvoøe-
ného R16 a C3, kterým se nastavuje rychlost blikání v závislosti na vstupním signálu. R18 slouí pro vybíjení kondenzátoru C3. Výsledný signál je pøiveden do napìového komparátoru s hysterezí. Komparaèní úroveò se nastavuje trimrem R17. Získané impulzy jsou dále zpracovány hradlovým polem U1. V tomto poli je nahrán 4bitový èítaè s dekodérem 1 ze 4. Jumper JP8 pøepíná mezi reimy. V prvním svítí vdy jen jedna árovka, v druhém svítí více árovek náhodnì. Jumper J9 pøepíná mezi dvìma náhodnými reimy, ve kterých svítí vdy jen jedna árovka. árovky jsou spínány triakovými spínaèi. Pro galvanické oddìlení se pouívá obvod MOC3041, který také zajiuje spínání v nule. Tímto obvodem je eliminováno zpìtné ruení do sítì.
Stavba Diskoblikátko je realizováno na oboustranné desce s plonými spoji (obr. 2 a 3) o rozmìrech 74 x 100 mm. Vìtina souèástek, krom výkonové èásti, je v provedení SMD. Rozmístìní souèástek je na obr. 4 a 5. Svorkovnice J2, J4, J5, J6 slouí pro pøipojení barevných árovek. V prototypu byly pouity árovky s pøíkonem 40 W. Svorkovnice J7 slouí pro pøipojení síového napájení. Na konektor J3 se pøivádí vstupní audiosignál.
Oivení Na zaèátek chci øíci, e zaøízení pracuje se síovým napìtím 230 V, proto je nutné dodrovat øádnou
Obr. 1. Zapojení Diskoblikátka
Electus
2006
31
Obr. 2 a 5. Deska s plonými spoji v mìøítku 1:1 a rozmístìní souèástek na desce bezpeènost. Samotné oivení je velmi jednoduché. Nejprve pøipojte vechny árovky na patøièné svorky. Poté høídele potenciometrù R13 a R16 vytoète úplnì doleva (na minimální odpor). Na konektor J3 pøiveïte audiosignál s nejmení úrovní, kterou budete pouívat pro toto blikátko. Postupnì otáèejte trimrem R17, dokud árovky nezaènou blikat v rytmu hudby. Mùete také pouít osciloskop: sledujte signál na vývodu 7 operaèního zesilovaèe U6. Trimr R17 nastavte tak, aby se na zmínìném vývodu objevily impulzy.
Závìr Celou konstrukci je moné umístit do krabièky U-KP06, viz foto v úvodu èlánku. Soubor pro hradlové pole si mùete stáhnout na internetové stránce www.kramara.com. V pøípadì zájmu je moné zakoupit tuto konstrukci i jako stavebnici na tée webové
32
stránce. Obvod hradlového pole je mono zakoupit u firmy Asix [1]. Hradlové pole je mono naprogramovat ve volnì staitelném vývojovém prostøedí WebPack ISE firmy Xilinx [2]. Na stránkách této firmy je i návod na jednoduchý programátor.
Seznam souèástek R1, R2, R3, R4, R23 130 Ω, 0805 R5, R6, R7, R8 360 Ω, 0805 R9, R10, R11, R12 330 Ω, 0805 10 kΩ, PC16MLK010 R13 R14 5,6 kΩ, 0805 R15 16 kΩ, 0805 R16 5 kΩ, PC16MLK005 R17 10 kΩ, PT10VK010 R18 8,2 kΩ, 0805 R19, R20 30 kΩ, 0805 R21, R22 10 kΩ, 0805 C1 1000 nF, 0805
Electus
2006
C2 C3 C4 C5 D2
10 nF, 0805 4,7 µF/12 V, SMD 220 µF/16 V, SMD 10 µF DB106 nebo B250C1000SMD U1 XC9536XL, PC44 U2, U3, U4, U5 MOC3041 U6 LM358, SMD U7 LE33CD, SMD Q1, Q2, Q3, Q4 TIC206 F1, F2, F3, F4 500 mA, pojistka F5 100 mA, pojistka T1 230 V/5 V, transformátor TRHEI303-1X6 pojistkový drák KS21SW 5 ks dvojitá svorkovnice 5 ks
Odkazy [1] Webové stránky firmy Asix: http://www.asix.cz [2] Webové stránky firmy Xilinx: http://www.xilinx.com
Bezkontaktní identifikace,
verze 2 s procesorem PIC Tomá Flajzar Tato konstrukce je vylepením pøedcházející stavebnice Bezkontaktní identifikace RFID, která byla osazena procesorem ATMEL, externí pamìtí EEPROM a externím èasovaèem watchdog. Vekeré souèástky byly pøesunuty na jednu desku (tedy i dekodér, který byl u pùvodní verze na desce spolu s cívkou), watchdog i EEPROM jsou ji souèástí procesoru PIC16F628A. Byl zmenen klidový odbìr proudu øízením spotøeby dekodéru (probouzení na krátkou dobu kadých 500 ms) a do napájení byly doplnìny základní odruovací prvky, aby se sníilo riziko patné funkce vlivem impulsního ruení z napájení. Zmenil se i poèet pasivních souèástek, zejména rezistorù, díky tomu, e mikroprocesor PIC16F628A umoòuje na vstupech povolit vnitøní pull-up rezistory proti Vdd (viz schéma). Ji nìkolik let se vyrábìjí a i u nás prodávají bezkontaktní identifikaèní a pøístupové systémy na bázi indukèního pøenosu dat s èipy EM-Microelectronic H4002 nazývané té Unique. Výhodou tohoto systému je, e transpondéry (ve formì klíèenek, karet, trubièek apod.) nepotøebují napájení a pøenos je zabezpeèen bezkontaktnì (na rozdíl od známých pøívìskù Dallas, èipových a magnetických karet apod.) na vzdálenost a nìkolika centimetrù, popø. decimetrù. Pøi dobøe navrené cívce na stranì èteèky nemusíme ani kartu vytahovat z kapsy, staèí se jen pøiblíit ke snímaèi. Transpondéry se vyrábìjí v nejrùznìjích tvarech a provedeních. Nejznámìjí jsou klíèenky Tear shape, Key holder, KeyFob, Fun Fob, ISO karty, miniaturní sklenìné GlassTag, transpondéry ve formì samolepek a dalí. Klíèenky jsou vyrábìny v nìkolika barvách, karty jsou pak bílé a lze je dobøe potisknout.
Princip Funkci lze rozdìlit na dvì základní èásti. Tou první je indukèní pøenos napájení z cívky dekodéru pro èip v transpondéru, druhou je pak samotný indukèní pøenos 64bitového kódu pomocí amplitudové modulace. Je pouita frekvence 125 kHz a kód ASK Manchester. Výrobce transpondérù zaruèuje, e neexistují dva transpondéry se stejným kódem. Jako dekodér je pouit integrovaný obvod EM4095, který s naprostým minimem vnìjích souèástek zabezpeèí jak napájení, tak demodulaci kódu. Na jeho výstupu DEMOD_OUT je pak 64bitový èíslicový kód, který lze ji zpracovat bìným mikroprocesorem. Vstup SHD slouí k pøepnutí do reimu stand-by, kdy spotøeba klesá na 1 µA. Pro zaruèení spolehlivého ètení i pøi velkých teplotních výkyvech je pouit pro synchronizaci dat hodinový výstup RDY/CLK z dekodéru IO1.
Tento bezkontaktní systém najde iroké uplatnìní v zabezpeèovací technice, v automobilech, ve kolních jídelnách, prádelnách, pøi oznaèování nejrùznìjího zboí, zásilek, domácích zvíøat, existují i transpondéry pro znaèkování ptactva (Pigeon Ring) a jistì se najde jetì mnoho oborù, kde lze tento zajímavý systém pouít. Následující konstrukce se zabývá tím základním pouitím, kdy je jen èten unikátní 64bitový kód transpondéru. Existují i transpondéry, do kterých lze i zapisovat, a také transpondéry s podstatnì vìtím poètem bitù, a to a 2048 (Hitag1). Ovem takový poèet bitù ji neslouí jen pro identifikaci, ale do transpondéru lze uloit celou øadu dalích údajù, jako je jméno, adresa a mnoho dalích, nebo tøe-
Obr. 1. Schéma zaøízení pro bezkontaktní identifikaci
Electus
2006
33
ba u zboí pùvod, datum výroby, popis výrobku apod. Existují také systémy pracující na mnohem vyích kmitoètech, umoòující ètení a na vzdálenost mnoha metrù. Pro ná úèel, tedy zabezpeèovací techniku, je 64bitù, tedy nìkolik biliónù kombinací, plnì dostaèujících.
Popis konstrukce Protoe jsem se snail o co nejirí monost pouití, lze propojkami J1 a J2 nastavit nìkolik pracovních módù podle moného pouití: 1) J1 i J2 neosazeny. Ovládání elektromagnetického zámku po pøíblíení transpondéru sepne relé Re1 po dobu 5 sekund. Re2 ani vstupy nejsou v tomto reimu vyuity. 2) J1 osazena, J2 neosazena. Aktivace a dezaktivace zabezpeèovací ústøedny po pøiblíení transpondéru relé Re1 sepne, po dalím pøiblíení rozepne. Kontakty Re1 mùe být tedy ovládána externí zabezpeèovací ústøedna. Vstupy IN1 a IN2 nejsou vyuity. 3) J1 neosazena, J2 osazena. V tomto módu zaøízení pracuje jako kompletní zabezpeèovací ústøednièka. Støídavým pøibliováním transpondéru aktivujeme a dezaktivujeme vstupy ústøedny (okamitý vstup IN1 a zpodìný IN2). Re1 støídavì spíná a vypíná podobnì jako v módu 2, relé Re2 spíná poplachovou sirénu (na asi 40 s). 4) J1 i J2 osazeny. Poslední, èvrtý mód slouí také jako plnohodnotná zabezpeèovací ústøedna stejnì jako v módu 3, jen s tím rozdílem, e Re2 po sputìní poplachu sepne jen na 2 sekundy a zase odpadne. Toto nastavení je urèeno zejména pro spínání pageru GSM nebo jiného zaøízení, které vyaduje pro svoji aktivaci impuls. Ve vech pracovních módech je pøiblíení oprávnìného transpondéru signalizováno krátkým pípnutím piezomìnièe a bliknutím LED1. Systém samozøejmì reaguje jen na transpondéry (pøívìsky, karty
), které byly pøedtím uloeny do pamìti. Ostatní
jsou ignorovány. Do pamìti je moné uloit kódy pro a 16 transpondérù. Systém pracuje celou dobu v úsporném reimu, tj. dekodér se probouzí ze sleep módu kadých 500 ms na dobu asi 100 ms. Tento proces je øízen mikroprocesorem IO2 prostøednictvím vodièe SLEEP/SHD. Toto øízení spotøeby má za následek mírné prodlouení doby reakce, tj. doby pøeètení transpondéru po pøiloení, v bìné praxi nijak podstatné. Pokud byste chtìli reakci zrychlit, je moné vyøadit úsporný reim pøeruením J3 (viz schéma) na pinu è. 4 IO2 vedoucího na zem a jeho propojením s +5 V. Nyní bude dekodér trvale aktivní, co se projeví zkrácením ètecí doby, ale i zvìtením spotøeby o asi 100 mA. Pozor, v tomto reimu se bude více zahøívat stabilizátor IO3 a bylo by lepí jej vymìnit za provedeni 7805 v pouzdru TO220 (vyvedením mimo desku). Celá konstrukce je umístìna na jedné desce, externí je pouze cívka. Ta mùe být buï vyleptána na desce jako ploný spoj, èím se znaènì zjednoduí celá montá stavebnice (ná pøípad), nebo si experimentátoøi mohou navinout cívku svoji. Pak je vak potøeba pøizpùsobit kondenzátory C9 a C10 v rezonanèním obvodu dekodéru IO1. Pro zvìtení bezpeènosti lze ovládání øídicí desky vyvést mimo dosah pøípadného naruitele, napø. z druhé strany zdi. U dveøí mùe být tedy pouze cívka. Vzdálenost cívky od dekodéru mùe být a 30 cm (spojeno s øídicí deskou klasickou dvojlinkou).
Popis zapojení Jak ji bylo napsáno, srdcem celého zaøízení je integrovaný obvod EM4095, který ke své èinnosti potøebuje jen napájení 5 V, cívku a minimum externích souèástek. C9 je rezonanèní kondenzátor a jeho kapacita platí pro nai cívku vyleptanou na desce s plonými spoji. Pokud pouijete jinou cívku, je tøeba kapacitu kondenzátoru pøizpùsobit, aby byl obvod LC v rezonanci. To se projeví maximálním dosahem pøi minimálním odbìru proudu z napájecího zdroje. Stejnì tak bude tøeba pøizpùsobit kapacitu
Obr. 2 a 3. Deska s plonými spoji zaøízení pro bezkontaktní identifikaci a rozmístìní souèástek na desce
34
Electus
2006
C10, který je pro nai cívku sloen ze dvou paralelnì zapojených kondenzátorù 100 pF a 47 pF. Vekeré dalí funkce øídí mikroprocesor IO2. Naète kód pøicházející od dekodéru a porovná jej s kódy uloenými v pamìti EEPROM. Pokud se shodují, provede poadovanou akci. V pracovním módu 3 a 4 jsou navíc ve stavu aktivním vyhodnocovány vstupy IN1 a IN2, které jsou pro vìtí bezpeènost galvanicky oddìleny optoèleny. V klidu je tøeba, aby na optoèlenech bylo napìtí 3 a 12 V (pøi R2 a R3 1 kΩ). Poplach je vyvolán, jestlie je pøerueno napìtí na IN1 nebo IN2. Je to z toho dùvodu, aby byl poplach vyvolán i po pøeruení vedení od èidel. První vstup IN1 vyvolá poplach ihned, druhý se zpodìním asi 12 sekund. Vhodný vstup vybereme podle toho, kde je systém umístìn, resp. kde se provádí identifikace. Zda mimo objekt (napø. u hlavních dveøí pøed vstupem do domu, pak pouijeme okamitý vstup IN1), nebo uvnitø napø. bytu, kde po vstupu jsou aktivována èidla a odpoèítává se èas k vyvolání poplachu. Pøed jeho uplynutím musí být systém dezaktivován nebo je sputìn poplach sepnutím Re2 na dobu ètyøiceti sekund. Po této dobì nebo po pøiloení oprávnìného transpondéru Re2 rozepne a siréna pøestane houkat. V pøípadì, e se tak stane uplynutím èasu 40 sekund a ne pøiloením pøívìsku, siréna sice pøestane houkat, ale stále støídavì èervenì a zelenì problikává LED1, aby upozornila obsluhu, e v její nepøítomnosti byl naruen hlídaný prostor. Tento stav se dá zruit jen pøiloením oprávnìného transpondéru, krátkým stlaèením TL1 nebo pøeruením napájení. Aktivace a dezaktivace systému je signalizována pípnutím piezomìnièe. Po aktivaci systému v módu ústøedny bìí èas na odchod z prostoru v délce asi 1 minuty, co je signalizováno blikáním zelené LED1 a obèasným pípnutím. Po uplynutí èasu se zaènou vyhodnocovat vstupy a LED1 svítí èervenì. Celé zaøízení je napájeno ze zdroje 12 V, schopného dodat proud alespoò 200 mA. Ideální by byl zdroj se
síovým filtrem. Pokud pouíváte tuto konstrukci v módu 3 a 4, tedy jako zabezpeèovací ústøednièku, byl by nejlepí zálohovaný zdroj (nabízíme jej pod obj. èíslem 129), protoe není pro zlodìje nic jednoduího, ne odpojit objekt od napájení a tím ústøednu vyøadit z provozu.
Osazení desky s plonými spoji Rozmìry obou desek, tedy øídicí desky a desky cívky (obr. 2 a 3), byly navreny pro montá do klasické nástìnné krabièky od vypínaèe (po odstranìní vnitøního spínaèe - viz fotofrafie). Odpovídá tomu i rozteè postranních uchycovacích dìr o prùmìru 3,5 mm. U øídicí desky je nejprve tøeba mírnì sestøihnout rohy, aby se do krabièky vela. Deska cívky je pak vloena do tlaèítkové èásti a dírou se prostrèí signalizaèní LED1. Aby byla montá co nejsnadnìjí i v amatérských podmínkách, nepouil jsem souèástky povrchové montáe SMD (s výjimkou IO1, který se v jiném provedení nevyrábí a dostanete ho na desce ji odbornì pøipájený), ale klasické s drátovými vývody. Nejprve osaïte na desce dvì drátové propojky (jedna pod IO2 a druhá pod TL2). Potom ostatní pasivní souèástky, relé, svorkovnice apod. Tlaèítko TL1 a LED1 jsou ze strany spojù. Vekeré vstupy, výstupy a napájení se pøipojují prostøednictvím roubovací svorkovnice.
Oivení Po peèlivé kontrole pøipojte napájecí zdroj s omezením proudu na 120 mA. Zmìøte, zda je za stabilizátorem opravdu napìtí 5 V. Pokud ano, zdroj vypnìte a zasuòte procesor IO2. Pozor na jeho správnou orientaci! Nyní by po zapnutí napájecího napìtí mìlo ve fungovat podle návodu. Samozøejmì je tøeba nejprve uloit do pamìti kódy transpondérù.
Ukládání kódù transpondérù do pamìti Do uèícího módu se dostaneme stisknutím tlaèítka TL1 po dobu asi
jedné sekundy, poté se rozsvítí èervená LED1 a ozve se trojí krátké pípnutí. Nyní jsou po pøiloení transpondérù jejich kódy pøeèteny a uloeny do pamìti. Správné uloení je potvrzeno dvojtónem a krátkým zeleným probliknutím LED1. Pokud je pamì zaplnìna, ozve se po pøiloení dalího transpondéru delí, hlubí tón a pohasne èervenì svítící LED1. Kadý transpondér je tøeba pøiloit pouze jednou, jinak jeho kód bude zbyteènì zabírat prostor na více místech v pamìti. Uèící reim ukonèíme krátkým stisknutím tlaèítka TL1 nebo bude ukonèen automaticky do 45 sekund od pøiloení poslední klíèenky. Pokud je pamì prázdná, resp. se jedná o první sputìní pøístroje, je tøeba pamì EEPROM naformátovat. Hned na zaèátku se pamì smae a naformátuje dlouhým podrením tlaèítka TL1 do doby, ne se ozve sestupná melodie a LED1 èervenì bliká. Jakmile LED zhasne, je pamì smazána (naformátována). Smazání pamìti také budete potøebovat, pokud napø. jeden ze èlenù rodiny ztratí transpondér. Po vymazání pak nauèíte pouze platné transpondéry, take i kdy ten ztracený nìkdo najde, dveøe s ním u neotevøe. V módu 3 a 4, pokud je ústøedna aktivována, je uèící mód blokován.
Seznam souèástek (Rezistory jsou s rozteèí vývodù 5 mm, keramické kondenzátory s rozteèí 2,5 mm. U elektrolytických kondenzátorù je uvedeno minimální napìtí.) R1 R2, R3 R4, R5 R6 R7 C1, C2, C4, C5, C8, C14, C15 C3 C6 C7 C9 C12, C13 C10
C11 C16, C17 D1 D2, D3 LED1
1 nF 33 pF transil BZW06-15 apod. 1N4148 dvoubarevná LED, prùmìr 3 mm, èerv./zelená T1, T2 BC547 nebo podobný T3 BC557 nebo podobný IO1 EM4095 SMD IO2 PIC16F628AI/P, naprogramovaný IO3 stabilizátor 78L05, pouzdro TO92 OP1 COSMO1020,dvojitý optoèlen X krystal 18,432 MHz, pouzdro HC49 Q1 piezomìniè PT1540P Re1, Re2 relé RY12WK nebo podobné TL1 P-B1720 (4,4 mm) TLUM1 100 µH/165 mA, axiální TLUM2 33 mH, radiální J1, J2 zkratovací kolík 2 x 2 + 2x jumper L ploná, leptaná cívka RFIDC1 (viz obr. 3) objímka DIL18 pro procesor (IO2) 6x dvojitá roubovací svorkovnice s rozteèí vývodù 3,5 mm deska s plonými spoji RFIDRD1 Stavebnici si mùete objednat na adrese: FLAJZAR, nám. Svobody 424, 696 81 Bzenec, tel.: +420 518 628 596, 776 586 866, email:
[email protected]. Cena stavebnice je 790,- Kè, cena pøívìsku je 59,- Kè, karty 49,- Kè. Na stránkách www.flajzar.cz najdete kompletní sortiment.
33 Ω 1 kΩ 4,7 kΩ 470 Ω 10 kΩ 100 nF 470 µF/16 V 100 µF/6,3 V 22 µF/6,3 V 22 nF 10 nF 100 pF + 47 pF
Fotografie hotového pøístroje
Obr. 4. Deska s plonými spoji vysílací cívky
Electus
2006
35
Alarm GSMAp1 Emil Hal Hlavní motivací pro vznik této konstrukce byla snaha o aktivní ochranu vlastního bytu pøed rùznými nenechavci, kterých v poslední dobì spíe pøibývá. Tato konstrukce je kompletní ústøedna zabezpeèovacího systému, ke které pouze pøipojíte pár èidel a pár dalích drobností. Stav ústøedny je signalizován jednou LED a ovládání je velmi jednoduché. K pøedávání poplachu se pouívá starý mobilní telefon Ericsson A1018. Tento telefon lze zakoupit po bazarech za velmi pøíznivou cenu do 1000 korun a dokonce nemusí být stoprocentnì funkèní, baterie a nabíjení nemusí vùbec fungovat; staèí, aby telefon mìl signál. Popis ovládání Ovládání této ústøedny je velmi jednoduché. K ovládání se pouívá vá mobilní telefon, který nosíte stále u sebe, nebo lze pøipojit libovolný pøijímaè dálkového ovládání. Stav alarmu signalizuje èervená LED: • nesvítí alarm dezaktivován, • svítí alarm odpoèítává odchod/ /pøíchod, • bliká (1 s) - alarm je aktivní, pøi pøeruení smyèky vyhlásí poplach. Prozvonìním alarmu vaím mobilním telefonem pøepnete alarm z jakéhokoli stavu do stavu odpoèítávání 2 minut. Alarm reaguje pouze na a osm uloených pøedvolených èísel, ostatní ignoruje. Alarm pøíchozí oprávnìné èíslo okamitì pokládá, tudí máte informaci, e alarm funguje, a
navíc vás to nic nestojí (hovor se neuskuteèòuje). Pokud se pøi aktivním alarmu pøeruí smyèka, alarm vyhlásí poplach. Zaène houkat siréna, pokud je pøipojena a povolena. Dále alarm zaène volat na uloená èísla, celkem a na ètyøi, na dvì hlavní posílá SMS, od kterého vstupu dolo k poplachu. Alarm lze v tuto chvíli vypnout pøijmutím volání (pouze dvì hlavní èísla) nebo pøes vstup dálkového ovládání. Dalí vlastnosti: • vstup L_FIRE pro èidlo detektoru poáru vstup hlídá nepøetritì 24 hodin, • vstup Panic alarm vyhlauje pouze tichý poplach a volá na jiné èíslo. Alarm má navíc výstupy: • siréna signalizace zmìny stavu, odpoèítávání, poplach,
• výstup na ovládání svìtla zapne svìtlo pøi zmìnách na vstupech, lze pouít jako automatické osvìtlení chodeb atd., • výstup na obecné ovládání lze ovládat napøíklad topení, • výstup PinX pøilo oprávnìné volání lze pouít s nadøazenou zabezpeèovací ústøednou. Celý alarm je napájen ze síového adaptéru nebo ze záloního akumulátoru.
Popis konstrukce Alarm je øízen procesorem Atmel AT89C4051. Pouití tohoto procesoru není zrovna nejvhodnìjí: chybí pamì EEPROM pro uloení stavu, chybí monost programování v aplikaci, pamì dat je pouze 128 bajtù. Má vak také nìkolik výhod: napø. mení pouzdro s 20 piny, vnitøní analogový komparátor a z toho vyplývající jednoduí návrh desky s plonými spoji. Procesor IC1 je taktován krystalem 11,059 MHz, tento kmitoèet je dobøe dìlitelný pro èasování sériové linky. Procesor po ní komunikuje s mobilním telefonem; parametry komunikace jsou 9600 Bd, 8 datových bitù, 1 stop bit. Linka je vyvedena na svorkovnici K4. O reset procesoru pøi zapnutí a o hlídání proti zamrznutí se stará watchdog obvod IC2 LTC1232. Obvod generuje reset, pokud se logický stav pinu P1.7 nezmìní do 1,3 sekundy. Obvod dále generuje reset pøi stisku tlaèítka RESET na pinech JP1, pokud je toto tlaèítko osazeno.
Obr. 1. Schéma zapojení alarmu GSMAp1
36
Electus
2006
Výstupy ovládá procesor pøes budièe IC3 ULN2803. V budièi je osm dvojic tranzistorù v Darlingtonovì zapojení s otevøeným kolektorem, s ochrannou diodou proti pøekmitu na výstupu, pøímo ovládaných logikou TTL. Zatíitelnost jednoho výstupu je maximálnì 500 mA. Na tyto budièe lze pøímo pøipojit relé, sirénu, LED s pøedøadným rezistorem a dalí, ve proti zdroji +12 nebo +5 V. Na tyto budièe jsou navìeny i stavové LED èervená D8 a zelená D9 (význam bude popsán dále). Vstupy LA, LB, L_FIRE a TLAÈ na svorkovnici K5 jsou oetøeny proti pøepìtí Zenerovými diodami a rezistory s odporem 820 Ω. Vstupy LC a LD na svorkovnici K6 nejsou chránìny sériovým odporem jako u ostatních vstupù, ale jsou oddìleny tranzistory T1 a T2. Tyto tranzistory fungují jako invertory, pøi rozpojení báze od GND se sepne port procesoru na GND a vyhlásí se poplach. Alarm je napájen buï ze síového zdroje, pak nabíjí pøipojenou záloní olovìnou bezúdrbovou baterii 12 V, nebo pøi výpadku sítì zajiuje napájení baterie. Na svorkovnici K1 se pøipojuje baterie (svorky 3 a 4) a na druhou polovinu (svorky 1 a 2) støídavé nebo stejnosmìrné napìtí ze síového zdroje 16 a 20 V. Toto napìtí se usmìròuje ètyømi diodami D1 a D4 a dále filtruje kondenzátorem C1. Toto napìtí se pøivádí na vstupy stabilizátorù. O nabíjení baterie se stará stabilizátor IO4 L200, trimrem R3 je nastaveno maximální napìtí pøi nabíjení, které by mìlo být 13,5 V. Baterie se nabíjí proudem a 400 mA, po dosaení maximálního napìtí se nabíjecí proud zmenuje. Nabíjecí proud je zmenen o proud, který pøímo odebírají dalí pøipojené spotøebièe, napø. rùzné detektory atd.
Obvod IO5 7805 stabilizuje napìtí 5 V pro mobilní telefon a pro procesor. O oddìlení nabíjení a napájení procesoru se starají diody D5 a D7. Rezistory R10 a R13 s vnitøním komparátorem procesoru zkoumají napìtí baterie; pøi jeho poklesu procesor ohlauje vybitou baterii SMS zprávou BATT. Modul se tøemi relé lze pouít pro posílení výstupù, úpravu signálu vstupù atd.. Vechna relé lze pøipojit pøímo na budièe IO3. Pouze Re3 má zapojen i ovládací tranzistor T4 (NPN), který sepne pøi pøivedení kladného napìtí na svorkovnici K8. Tento modul nemusíte osazovat, pokud tyto funkce nevyuijete, a desku s plonými spoji lze pak zmenit. Tranzistor T3 (PNP) sepne pøi zápisu úrovnì log. 0 na port P3.7 signál PinX. Tento stav nastane pøi oprávnìném volání nebo pøi aktivním dálkovém ovládání (význam popsán dále).
Stavba a oivení Desku si nejprve pøipravíme. Je potøeba zvìtit vrtákem o prùmìro 1 mm osazovací díry pod stabilizátory. Pod pojistkovým drákem je tøeba s vrtákem zahýbat také trochu do stran. Na desku pak zapájíme vechny souèástky. Stabilizátory opatøíme chladicími køidélky a musíme jím troku naohýbat noky. Pro procesor IO1, watchdog IO2 a budiè IO3 pouijeme precizní objímky. Pod procesorem je jedna drátová propojka, propojuje pin è. 3 procesoru IO1 (Tx u sériového portu) na vývod rezistorové sítì R17 (rezistor 4,7 kΩ na VCC). Bez tohoto propoje nechtìl mobil správnì zavìovat pøíchozí volání. K pøipojení napájecího zdroje 5 V na mobil pouijeme starou baterii od mobilu. Baterii opatrnì otevøeme no-
em, je po obvodu slepená. Vyndáme staré èlánky a na místo nich pøipojíme dvouilový kablík a elektrolytický kondenzátor 1000 µF/10 V. Kablík vyvedeme a pøipojíme na svorkovnici K3 na svorky 9 a 10. Pozor na polaritu! Krátkodobé otoèení mi natìstí nepokodilo mobil, ale zkratový proud více ne 1 A u mùe nìco hodnì zahøát. Baterii zpìt zalepíme. Pro pøipojení datového konektoru mobilu pin 9 (Tx) na svorku 17 (Rx procesoru) a pin 11 (Rx) na svorku 18 (Tx procesoru) postaèí dvoulinka, zem se propojuje pøes napájení. Po peèlivém zkontrolování osazených souèástek pøipojíme napìtí 20 V (nejlépe omezeno na 50 mA) na svorky ZDROJE K1, svorka 1 a 2. LED probliknou, pak bliká zelená LED a nakonec musí po celkem asi 15 sekundách zaèít støídavì rychle blikat obì LED. Postup zapínání alarmu a nastavení èísel na simkartu bude popsán v odstavci Nastavení MT a SIM. Trimrem R10 nastavíme, aby na svorkách 3 a 4 bylo napìtí pøiblinì 13,5 V. Potom pøipojíme akumulátor (pozor na polaritu!) a po nìjaké dobì zkontrolujeme, zda toto napìtí není vìtí. Dlouhodobì vìtím napìtím by se zbyteènì nièil akumulátor. Není tøeba se pøíli bát, vydrí hodnì. Dále doporuèuji propojit vechny vstupy LA, LB, LC, LD a LFIRE drátem na GND, aby alarm pøi pokusech na stole stále nevyhlaoval poplach.
Moné závady • LED blikají po pøipojení napìtí obì stejnì, asi v 1sekundových intervalech bohuel se nerozkmital oscilátor procesoru. Vymìòte krystal nebo zmìòte kapacitu kondenzátorù C11 a C12 (33 pF). Je také moné, e se z nìjakého dùvodu
Obr. 2. Osazení desky s plonými spoji alarmu souèástkami, zapojení a popis vývodù
Electus
2006
37
pøi mém omylu to stabilizátor vydrel bez problémù). • Pøi pøipojení výstupu budièù pøímo na +12 V se buï pøepálí pojistka jistící zdroj, nebo se musí vymìnit IO3 ULN2803. • Po nìjaké dobì se rozblikají rychle støídavì obì LED není v poøádku komunikace na mobil nebo jsou naèítána patná data (viz Nastavení SIM a Inicializace).
Nastavení SIM karty • Èísla se uloí na pozici sim 1 - 8 (bez +420, jen 9 èíslic, jméno u èísla mùe mít maximálnì 2 písmena!). • Èíslo na pozici 1 - volaný obdrí informaèní SMS (BATT - vybitá baterie, RESET - po resetu alarmu). • Pozice 1 a 2 - obdrí poplachovou SMS (LA, LB, LC, LD a FIRE). • Pozice 1 a 2 - smìjí pøijmutím hovoru zruit poplach. • Pozice 1 a 4 volá pøi poplachu. • Pozice 1 a 8 smìjí ovládat alarm. • Na nepouité pozice 5 a 8 je potøeba uloit nìjaké èíslo znovu nebo napø. 000000000. • Pokud je (x = 2) panic alarm, tak se na pozici 8 ukládá panic èíslo. • Pozice 9 nastavení parametrù
Obr. 3. Deska s plonými spoji alarmu (184 x 57 mm)
Obr. 4. Datový konektor Ericsson, pohled zespodu neobèerstvuje obvod watchdog IC2 (máte v programu generování impulzù na P1.7?). • Podaøilo se vám pøipojit obrácenì akumulátor a na desce nìco shoøelo vymìòte rezistory R4, R5, kondenzátor C4 a pro jistotu i stabilizátor L200 IO4 (je zajímavé, e
38
vat stoprocentnì (pak by se musel firmware pøehrát). Zprávy SMS • Typ zprávy standardní. • Serv. stø. podle operátora: Eurotel 602909909, T-Mobile 603052000, Oskar/Vodafone 608005681. • Poad. odp. vypnuto. • Inf. obl. vypnuto. • Hlas. pota VYPNUTO - nutné. • Doba platn. 1 týden. Nastavení • Hlasitost nejprve nízká, pak podrte C a vypnuto (pøekrtlá nota). • Èas/datum pro zpìtnou kontrolu kdo/kdy volal po stisku tlaèítka Yes a pro funkci automatického zapnutí alarm. • Ozn. poty ticho. • Zámek kláv. VYPNUTO nutné. • Zvuk kláv. ticho. • Svìtlo vypnuto. • Sezn. vol. zapnuto. • Vol. info cena.
Postup zapínání
Nastavení mobilu
• Zapojte vekeré pøipojené detektory, nepouité vstupy nechte radìji spojené s GND. Pokud nepouijete vstupy LC a LD, nechte je spojeny s GND, v opaèném pøípadì nefunguje mìøení vybité baterie. • Pøipojte MT k upravené baterii, pøipojte datový konektor (kontakty mobilního telefonu oèistìte lihem, musí být dokonale èisté). • Pøipojte baterii (zatím nezapínejte mobil), poèkejte, a se rychle rozbliká èervená i zelená LED. • Zapnìte mobil. • Propojte PinX svorka 29 na GND a poèkejte, a alarm nabìhne. • Pøípadnì zresetujte alarm a poèkejte, a alarm naète kartu SIM alarm bude posílat SMS RESET (lze zruit stiskem NO na mobilu). • Pøipojte síový adaptér a alarm je pøipraven ke zkuebnímu provozu. • Pozor: linka LFIRE musí být spojena s GND nebo vypnuta nastavením Bypass +16, jinak alarm vyhlásí poplach FIRE. • Pozor: linka LD pøi Panic Alarmu nesmí být aktivní - jinak alarm vyhlásí poplach PANIC.
Jak nastavit MT najdete v návodu k mobilnímu telefonu. Mobilní telefon by pro správnou funkci mìl mít nahranou poslední verzi firmware, co je program, který telefon øídí. Pro zjitìní verze firmware stisknìte na klávesnici MT rychle za sebou: * **, mìlo by se objevit CXC125263 prg 000415. Mení èísla znamenají starí firmware, a je moné, e nìjaké funkce nebudou fungo-
Inicializace - postup (poèítání bliknutí èervené LED odhalí chybu): • svítí / blikne pøi zapnutí / resetu, • 1x 1 s bliknutí, • pak 10 s pauza na zapnutí mobilu, • 5x blikne v rychlých intervalech (asi 0,5 s) kontrola komunikace, zápis a naèítání nastavení, • 2 s pauza, • 8x blikne v 1 s intervalech naèítání telefonních èísel ze SIM,
Nastavení parametrù • Na pozici sim è. 9 se ukládá nastavení (jméno N, èíslo 9sxyhhbb, napø. 92002500). • 9 znamená, e je na 9. pozici nastavení. • s = poèet minut houkání sirény pøi poplachu (s = 0 siréna nehouká poplach, doporuèeno s = 2 min). • x = 0: standardní alarm, x = 1: alarm trvale zapnut (alarm se chová jako externí siréna), x = 2: LD je panic vstup. • y = 0 nebo 1: na výstupu impulz 2 s, y = 2 nebo 3: výstup je nastaven jako pøeklápìcí (0 a 2 trvale/po zapnutí rozepnuto, 1 a 3 trvale/po zapnutí sepnuto), • hh = hodina automatického zapnutí alarmu, pøi hh = 25 je funkce vypnuta, na MT musí byt nastaven pøesný èas, • bb = bypas: zakázání jednotlivých vstupù, seètìte hodnoty: 1 = LA, 2 = LB, 4 = LC, 8 = LD, 16 = FIRE.
Electus
2006
• 1x blikne v 1 s intervalu naèítá nastavení ze SIM z pozice 9, • obnoví stav alarmu pøed resetem, pokud byl uloen, jinak pole SMS RESET na èíslo na 1. pozici a skonèí inicializaci (pokud posílá SMS, je alarm dezaktivován, pokud má být aktivní, je potøeba ho aktivovat, napø. prozvonìním). Popis stavových LED Zelená LED: • Blikne pøi stisku tlaèítka. • Svítí bìhem oprávnìného volání, krátce problikne pøi neoprávnìném volání (patná data). • Pravidelnì bliká bìhem probíhajícího poplachu. • Po zapnutí bliká bìhem naèítání dat z mobilu viz Nastavení a Inicializace. • Rychle bliká (rychle bliká i èervená LED) dolo k chybì bìhem komunikace s mobilem. Èervená LED Aktivace a dezaktivace, stav alarmu: • LED pravidelnì problikne jednou za 4 s elektronika alarmu je funkèní. • Èervená LED nesvítí alarm je vypnutý. Stiskem tlaèítka se aktivuje odchodové zpodìní 1 minuta. Problikne zelená LED a rozsvítí se èervená LED. • Prozvonìní alarmu oprávnìným èíslem dezaktivuje alarm na 2 minuty (pøíchodové/odchodové zpodìní), èervená LED se rozsvítí. Bìhem volání svítí zelená LED, po rozeznání oprávnìného èísla se rozsvítí èervená LED a alarm volání zavìsí. Standardní první oprávnìné zavolání na alarm probíhá takto: rozsvítí se zelená LED, dvakrát houkne siréna, v telefonu se ozývá oznamovací tón, rozsvítí se èervená LED, telefon se zavìsí, zhasne zelená LED, u volaného zní trylek (odmítnuté/neexistující volání = volaný nepøijímá). • Èervená LED svítí probíhá pøíchodové/odchodové zpodìní. Stiskem tlaèítka lze alarm vypnout, èervená LED zhasne. Oprávnìné zavolání v tuto dobu se oznaèuje druhé volání, alarm vyle impuls nebo pøepne výstup Out, doba vyzvánìní udává stav výstupu Out po zmìnì: 0 (rozepnuto) krátké vyzvánìní do 8 s, max asi 2x tón, 1 (sepnuto) dlouhé vyzvánìní asi 10 a víc sekund - více ne 4 tóny. • Èervená LED bliká alarm je aktivován, dezaktivace moná prozvonìním oprávnìným èíslem nebo spojením PinX na GND. Pøi rozpojení vstupu LA, LB, LC nebo LD od GND nebo stisku tlaèítka (spojením na GND) alarm okamitì volá na nadefinovaná èísla, dále houká siréna (podle nastavení s). Pak
je pauza a alarm se znovu pøepne do aktivovaného stavu. Pokud naruení trvá, alarm ve opakuje. Nouzová dezaktivace - vypnutí probíhajícího alarmu: • Spojením PinX na GND (po dobu min. 200 ms). Lze pouít napø. dálkové ovládání nebo skryté tlaèítko. • Pøijmutím (zvednutím) poplachového volání. Oprávnìní dezaktivace má pouze èíslo 1 a 2 ze seznamu. Alarm vdy pole poplachové SMS na è. 1 a 2. POZOR, vyèerpává kredit na kartì mobilu v alarmu.
Popis svorek 1 a 2. Pøipojení síového adaptéru se stejnosmìrným nebo støídavým napìtím 15 a 20 V, min. 0,5 A. 3. GND akumulátoru. 4. +12 V akumulátoru 1,3 a 5 Ah. 5. GND. 6. GND. 7 a 8. +12 V zálohované napìtí pro pøipojení detektorù a pøísluenství. 9. GND mobil napájení MT. 10. +5 V mobil napájení MT. 11. OutLedÈervená výstup na katodu èervené signalizaèní LED (anoda na +12 V) pøes R14 820 Ω. 12. OutSiréna výstup záporného pólu sirény, maximálnì 1,5 A (3x budiè). Výstup je aktivní okamitì pøi poplachu, houkne 1x pøi aktivaci, 2x pøi dezaktivaci alarmu, odpoèítává odchod houknutím 24 sekund pøed koncem kadé 4. s, 10 s pøed koncem kadé 2. s, houkne pøi oprávnìném zavolání. 13. OutÈervená výstup záporného pólu pro signalizaci èervenou LED, max. 0,5 A. 14. OutZelená výstup záporného
pólu pro signalizaci zelenou LED, max. 0,5 A. 15. OutSvìtlo výstup záporného pólu pro øízení osvìtlení, max.1 A, napø. LED, relé. Sepne na 5 minut od vstupu. 16. OutVýstup Výstup (záporný pól) lze dálkovì ovládat MT, max. 0,5 A. Chová se podle nastavení (viz Nastavení Sim). 17. Rx_Mobil sériová linka na MT. 18. Tx_Mobil sériová linka na MT. 19. InLA vstup Linka A, poplach pøi rozpojení GND, posílá SMS LA. 20. InLB vstup Linka B, SMS LB. 21 a 22. GND. 23. InFIRE vstup Fire poární poplach pøi rozpojení od GND, posílá SMS FIRE, aktivní trvale. 24. InTLAÈ vstup Tlaèítko ovládání alarmu pøi spojení na GND, pøi neaktivním alarmu aktivuje alarm s odchozím èasem 1 min, pøi aktivním alarmu stisk vyvolá poplach a posílá SMS ALARM. 25. GND. 26. I/O Tlaè vstup/výstup signál tlaèítka. Je propojen pøímo pin P3.5 procesoru, pøejde do log. 0 pøi poplachu. 27. InLD vstup Linka D, SMS LD, vstup Panic pokud je ústøedna nakonfigurována, alarm je tichý. Volá se podle pozice è. 8, pak 1 a 2. Pozice è. 8 nemá oprávnìní ovládat alarm. 28. InLC vstup Linka C, SMS LC. 29. InPinX vstup PinX spojením na GND pøímo ovládá stav alarmu dezaktivováno/aktivováno s 10 s odchodového zpodìní. Tímto vstupem lze pøeruit poplach. Lze pøipojit dálkové ovládání. 30. OutPinX výstup PinX pøi oprávnìném zavolání pøejde na +5 V (ji-
Obr. 5. Fotografie hotového pøístroje
Electus
2006
39
nak vysoká impedance), kopíruje i vstup InPinX, výstup lze pouít pro ovládání nadøízené ústøedny (pøes Re3 lze tento výstup galvanicky oddìlit). Deska relé 31. Re1 +12 V vstup ovládání relé 1. Vývod spojen s +12 V (lze prokrábnout). 32. Re1 GND vstup ovládání relé 1. 33. Re2 +12 V spojeno +12 V. 34. Re2 GND vstup ovládání relé 2. 35. Re3 +12 V spojeno +12 V. 36. Re3 GND vstup ovládání relé 3, tranzistor T4 (NPN) tuto svorku spíná na GND. 37. GND. 38. In_TTL_Re3 pøi pøipojení +5 V sepne relé 3, spojeno pøes rezistor R21 na bázi tranzistoru T4. Vstup lze propojit s výstupem 30 OutPinX. 39. Re3-C spoleèný kontakt Re3. 40. Re3-NO spínací kontakt Re3 (normaly open). 41. Re3-NC rozpínací kontakt Re3 (normaly closed). 42. Re2-C spoleèný kontakt Re2. 43. Re2-NO spínací kontakt Re2. 44. Re2-NC rozpínací kontakt Re2. 45. Re1-C spoleèný kontakt Re1. 46. Re1-NO spínací kontakt Re1. 47. Re1-NC rozpínací kontakt Re1.
Popis instalace Pro alarm mám vyrobenu kvalitní plechovou krabici o rozmìrech 290 x x 230 x 80 mm, viz foto. Do této krabice se spolehlivì vejde osazená deska, mobilní telefon, síový zdroj a akumulátor. Deska a telefon je na plechu, který je umístìn v horní èásti krabice ve støedu výky a který lze na pantu vyklopit. To znamená, e mùete vekerou kabelá od detektorù, sirén a dalího pøísluenství za tento plech schovat. K desce vedou pouze konce vodièù, a nevzniká moc velký nepoøádek. Kadý z detektorù nebo jiné pøísluenství doporuèuji pøipojovat vdy jedním kabelem minimálnì se 4 páry, lze pouít velmi levný UTP kabel na poèítaèové sítì. Nemá sice stínìní, ale uvnitø bytu nebo domu v délkách do 30 metrù se nemusíme pøíli bát ru-
Obr. 6. Pøíklad instalace ovládacího tlaèítka a stavové LED
40
ení. Navíc program vzorkuje vstupy vícekrát, ne spustí poplach. Jedním párem pøipojujeme napájení (doporuèuji oranový) na zálohovaný zdroj +12 V, druhý pár je vstupní smyèka. Dalí zùstávají vìtinou volné jako rezerva. U domovního vchodu si na jeden kabel zapojte tlaèítko ovládání (svorka 24), èervenou stavovou LED (svorka 11) a pøípadnì i interiérovou sirénu (svorka 12). Ve lze vestavìt buï do irí lity, nebo do instalaèní krabièky. Je výhodné, bude-li èervená LED vidìt i zvenèí, mùe to nìjaké nezvané hosty odradit.
Závìr Popisované zaøízení mi pracuje v bytì a provozovnì u skoro tøi roky. V poslední dobì jsem pouze upravil desku s plonými spoji, první verze se patnì zapojovala, mìla málo svorek GND. Dále jsem upravil program pro naèítání údajù z karty SIM a posílání SMS. Více informací, naprogramovaný procesor a dalí díly lze získat na stránkách autora www.SeTeL.cz nebo emailem
[email protected]. Cena naprogramovaného procesoru je 357 Kè vèetnì DPH nebo si lze program do procesoru stáhnout zdarma z webu.
Seznam souèástek Rezistory R1, R2, R6 a R9, R14, R19 R3 R4, R5 R10 R11 a R13 R15, R16, R18, R20 a R22 R17 Kondenzátory C1 C2, C3, C5, C6, C8 C4 C7, C9 C10 C11, C12
820 Ω 5 kΩ 2Ω 16 kΩ 4,7 kΩ 2,2 kΩ 8x 4,7 kΩ, rezistorová sí 2200 µF/25 V 100 nF 220 µF/25 V 1000 µF/10 V 47 µF/6,3 V, tantal. 22 pF
Polovodièové souèástky D1 a D7, D15 a D17 BY299 D8 LED 3 mm, èervená D9 LED 3 mm, zelená D10 a D14 Zener. dioda 4,7 V T1, T2, T4 BC547 T3 BC557 IO1 AT89C4051 IO2 LTC1232 (MAX) IO3 ULN2803 IO4 L200 IO5 7805 Konektory a spínaèe JP1 tlaèítko K1 a K8 16x svorkovnice, napø. ARK500/2
Electus
2006
KRe1 a KRe3
3x svorkovnice, napø. ARK500/2 Datový konektor Ericsson Relé RE1 RE2 RE3
ReleH100FD12 ReleH100FD12 ReleG5V1-12
Ostatní souèástky B1 olovìný bezúdrbový akumulátor 12 V 1,6 A, rychlá pojistka PO1 X1 11,059 MHz, krystal Deska s plonými spoji
Test interního oscilatoru ATtiny15L Výrobce Atmel osadil MCU ATtiny15L interním oscilátorem RC, jeho kmitoèet lze v jistých mezích mìnit. V technických listech je uvedeno, e kmitoèet lze mìnit od 0,8 do 1,6 MHz obsahem 8bitového øídicího registru OSCCAL. Neuvádí se vak, pro jaké hodnoty tento rozsah platí. Údaje, které jsem namìøil, se od uvedených dost lií (viz tab. 1). Pro testování jsem napsal program v AVR Studiu 4 (verze 4.11) a je uveden ve formátu asm i Intel hex (www.aradio.cz). Z èasových dùvodù jsem mìøil pouze jeden vzorek pro dvì napájecí napìtí. Z namìøených údajù lze snadno vyèíst, jakou hodnotu OSCCAL zvolit, aby kmitoèet MCU byl alespoò pøiblinì v mezích, které jsou potøeba. Napìtí pro MCU bylo stabilizováno obvody MA7805 (4,97 V) a následnì LE30 (3,00 V). Napájecí vývody MCU byly blokovány kondenzátorem 100 nF. Mezi napájení, vývod PB5 (RESET) a zem byl pøipojen èlen RC 10 kΩ a 1 nF. Kmitoèet jsem mìøil èítaèem na vývodu PB4 (viz výpis programu v asembleru). Pøeji vem ètenáøùm, kteøí øeí stejný problém a nemají monost uvedené údaje zmìøit, aby jejich práce s tímto MCU byla, díky níe uvedeným údajùm mnohem snadnìjí. Jan Zima Tab. 1. Namìøené kmitoèty interního oscilátoru (pøi teplotì 21 °C) Unap [V] OSCCAL 3,00 4,97 dekad. binárnì kmitoèet [MHz] 0 0 1,22 1,24 31 00011111 1,32 1,34 63 00111111 1,44 1,47 127 01111111 1,76 1,80 155 10011011 1,996 156 10011100 2,004 159 10011111 2,03 2,03 162 10100010 1,996 163 10100011 2,004 191 10111111 2,27 2,34 223 11011111 2,33 2,36 255 11111111 2,33 2,38
Pozicionér DiSEqC - XT (DPS-CU verze 1.02; Firmware verze 1.00) Hynek Gajda Velký komfort pøi sledování televize z druic poskytne zde uvedený pozicionér ve spojení s anténním rotátorem a satelitním pøijímaèem podporujícím komunikaci s vnìjím zaøízením pomocí sbìrnice DiSEqC 1.0, 1.2 nebo V-SEC (SatScan). Pozicionér je vybaven alfanumerickým displejem LCD 2x 16 znakù, tlaèítky, pøijímaèem dálkového ovládání standardu IR-RC5 a galvanicky oddìleným sériovým portem RS-232 pro spojení s poèítaèem. Technické údaje Podpora ovládání:
sbìrnice DiSEqC 1.2, sbìrnice DiSEqC 1.0 (0/12 V), sbìrnice V-SEC (SatScan). tlaèítka, IR-RC5, RS-232. Aktualizace firmware: pøes RS-232 (dostupné na Internetu). Napájecí napìtí: 230 V, 50 Hz. Pøíkon (vèetnì ztrát v TR1) - pøi natáèení: max. 55 W, - v klidu (bez podsvícení LCD): max. 1 W. Výstupní napìtí pro motor: DC 24 V, 2 A (galvanicky oddìleno). Proud odebíraný ze vstupu LNB pøijímaèe: max. 1 mA. Poèet moných pozic v pamìti pozicionéru: 120.
Poèet impulsù od snímaèe:
max. 32 767. Poèet impulsù korekce vùle: 0 a 15. Frekvence impulsù od snímaèe: 0,3 a 200 Hz (20 a 12 000 imp./min.). Délka impulsu: min. 5 ms. Typ snímaèe: TTL nebo jazýèkový kontakt. Èíslo zaøízení DiSEqC 1.2: hex. 31. Èíslo zaøízení DiSEqC 1.0: hex. 10. Monost budoucího rozíøení: pøes konektor J9 BUS. Pracovní teplota: 0 a +50 °C. Rozhraní RS-232 je galvanicky oddìleno.
Struènì o DiSEqC Zkratka DiSEqC (Digital Satellite Equipment Control) znamená digitální ovládání
zaøízení satelitního pøijímaèe. DiSEqC je komunikaèní sbìrnice mezi satelitním pøijímaèem a periferním vybavením pøijímaèe, které vyuívá stávající koaxiální kabel mezi pøijímaèem a konvertorem LNB. Zaøízení s DiSEqC mùe být jednodue vøazeno uivatelem a mùe nahradit vechna konvenèní analogová zaøízení (øízená napìtím, tónem, íøkou impulsu) nebo pøídavné konvertory LNB, pøepínaèe, pozicionéry, které potøebují dalí kladení kabelù (koaxiální, drátové). -
Hlavní výhody DiSEqC jsou: Standardizovaný digitální systém bez nutnosti autorských povolení. Umoòuje pøepínání pøídavných konvertorù LNB v multisatelitních instalacích. Zpìtnì kompatibilní s napìtím 13/18 V a 22 kHz tónovým pøepínáním. Imunní proti napìovým ztrátám na vedení (tím je zlepena spolehlivost). Vylouèení pøepínacích problémù zpùsobených nesluèitelností zaøízení. Snadná instalace vnìjích zaøízení. Vechna vnìjí zaøízení podporující DiSEqC lze nastavit ze satelitního pøijímaèe (pøes menu na obrazovce dálkovým ovladaèem pøijímaèe).
Koncepce DiSEqC je zaloena na metodì pøenosu výstupního signálu 22 kHz pro minimalizaci zmìn v pøijímaèi a pro zachování zpìtné sluèitelnosti zaøízení. U systému s DiSEqC je pouze jedno zaøízení nadøízené MASTER (satelitní pøijímaè) a jedno èi více podøízených SLAVE. Komunikaci vede pouze pøijímaè (MASTER). Proto není potøeba programo-
Obr. 1. Schéma øídicí èásti
Electus
2006
41
-
Obr. 2. Schéma ovládacího panelu s displejem LCD vé vybavení v pøijímaèi, které by neustále monitorovalo sbìrnici (na výzvu pøeruení), kdy bude periferie sdìlovat nevyádané (nepotøebné) informace pøijímaèi (v DiSEqC 2.x se vyadují jen v urèitém vymezeném èase). Pøijímaè odesílá pøíkazy rozsekáním existujícího signálu 22 kHz, co dìlá buï plnì softwarovì, nebo s nìjakou hardwarovou podporou. Kadý druh vnìjího zaøízení má rozpoznávací znak, který pøijímaè vysílá na zaèátku pøíkazu podle toho, se kterým zaøízením komunikuje (napø. zjistí-li pozicionér, e pøíkaz je pro nìj, tento pøíkaz naète a provede, jinak pøíkaz ignoruje). Øízení protokolem DiSEqC 1.x umoòuje jednosmìrnou komunikaci od pøijímaèe k perifériím, DiSEqC 2.x pak obousmìrnou komunikaci mezi pøijímaèem a periferiemi. Dalí informace naleznete na Internetu v anglické podobì [2].
V-SEC (SatScan) Díky technickým informacím, které mi poskytl pan Prokop (
[email protected]), je mono pozicionér pøipojit i ke sbìrnici V-SEC. Sbìrnice V-SEC je jednosmìrný protokol, který slouí k ovládání HH motorù nebo pozicionéru ze satelitních pøijímaèù. Pro pøenos signálù vyuívá PCM modulace signálu 22 kHz. Mùe adresovat a 32 pozic, ovládat natáèení ve smìru východ/ /západ, ukládat pozice do pamìti pozicionéru a natáèet parabolu na ji uloené nebo pøednastavené pozice. Pouívají se pro nìj i jiné názvy, napø.: SatScan v pøijímaèích NOKIA (8001S, 8003S, 9600 + DVB2000, 9800 a dalí) nebo VARIOSAT/ / VARIOMOUNT u pøijímaèù LEMON.
Popis zapojení Základem pozicionéru je toroidní transformátor a dvì desky s plonými spoji (DPS). Schéma øídicí èásti (CONTROL UNIT) je na obr. 1 a schéma ovládacího panelu (CONTROL PANEL), který je do-
42
plnìn alfanumerickým displejem LCD 2 x 16 znakù, je na obr. 2.
Øídicí èást (CONTROL UNIT) Vechny funkce pozicionéru jsou øízeny jednoèipovým mikrokontrolérem PIC16F877A (IC1) od výrobce Microchip (viz. [1]). V mikrokontroléru je naprogramován bootloader (zavadìè), který umoòuje aktualizaci hlavního programu (firmware) pro pozicionér ze stolního poèítaèe PC nebo notebooku pøes sériový kabel RS-232. Aktualizace jsou k dispozici na internetové stránce Pozicionéru XT. Mikrokontrolér pracuje na kmitoètu 4 MHz, který pro nìj generuje krystal X1. Program mikrokontroléru hlídá a vybavuje vechny funkce pozicionéru: - Dekódování dat DiSEqC 1.2. - Dekódování dat DiSEqC 1.0 (pøípadnì se signálem 0/12V). - Dekódování dat V-SEC. - Dekódování povelù dálkového ovládání IR-RC5. - Ovládání smìru motoru (RE1, RE2).
Snímání impulsù ze snímaèe rotátoru. Komunikace sbìrnicí I2C s pamìtí EEPROM. Komunikace s displejem LCD. Vybavování tlaèítek a indikaèní diody LED. Komunikace pøes RS-232.
Polohy druic se zaznamenávají do pamìti EEPROM 24LC64 (IC2), do které je moné zaznamenat 120 pozic druic vèetnì jejich názvù zobrazujících se na displeji pozicionéru. Dále se v EEPROM uchovávají rùzná nastavení pozicionéru a texty zobrazující se na displeji. V tab. 1 je uvedeno pøidìlení pamìových bunìk. Napìtí 230 V z elektrické sítì je pøipojeno pøes pojistku PO1 na primární vinutí toroidního transformátoru, který má dvì oddìlená sekundární vinutí o napìtích 6 V a 24 V. Toroidní transformátor má oproti klasickému transformátoru s EI plechy nìkolik výhod jako napøíklad velkou úèinnost (malou vnitøní spotøebu), minimální elektromagnetické vyzaøování do okolí a je nehluèný. Bohuel je draí a v maloobchodním prodeji je skoro nesehnatelný (vìtinou se musí nechat zhotovit na zakázku). V pozicionéru mùe být pouit i transformátor klasický s plechy EI a podobným výkonem (na úkor spotøeby). Napìtí ze sekundárního vinutí transformátoru 6 V je pøes pojistku PO2 pøivedeno na vstupy mùstkového usmìròovaèe D2. Na výstupu D2 je napìtí VDD vyfiltrováno kondenzátory C1, C2 a pøivedeno na vstup stabilizátoru IC5. Pouitý stabilizátor IC5 typu LM2940CT-5 (Low Dropout) má malou vlastní spotøebu a správnì pracuje i pøi malém rozdílu mezi vstupním a výstupním napìtí (0,5 V) oproti klasickému stabilizátoru typu 7805 (2 V). Z výstupu IC5 se získá stabilní napìtí VCC 5 V pro napájení øídicích prvkù pozicionéru. Stabilitu napìtí VCC dále na DPS udrují kondenzátory C3, C4 a C5. Pracovní napìtí pro motor ze sekundárního vinutí transformátoru 24 V je vedeno pøes pojistku PO3 a usmìrnìno mùstkovým usmìròovaèem D1. Motor je ovládán obvody R6, T1, R8, RE1, D6 pro jeden smìr a R7, T2, R9, RE2, D7 pro smìr druhý (vinutí obou relé jsou napájena z napìtí VDD). Pøes kontakty RE1_A
Tab. 1. Rozloení bajtù v EEPROM 24LC64 pozicionéru DiSEqC XT HEX. bajty Význam 0000 a 001F blok 1. pozice 0020 a 003F blok 2. pozice 0040 a 005F blok 3. pozice * * * * 0EE0 a 0EFF blok 120. pozice 0F00 a 0F1F blok pøedchozí pozice (naète se po výpadku napájení) 0F20 a 0F21 západní limit 0F22 a 0F23 východní limit 0F24 a 0F2F rezerva (napø. pro dalí limity) 0F30 a 0F3F uivatelská nastavení pozicionéru 0F40 a 0FFF rezerva 1000 a 1FFF zobrazované texty na LCD (pøíp. dalí jazyky) Rozloení bajtù v bloku pozice 00 a 01 poèet impulsù od východního dorazu 02 a 0F rezerva (dalí motor, stupnì atd.) 10 a 1B název pozice v ASCII (12 znakù) 1C a 1F rezerva
Electus
2006
a RE2_A se spíná pracovní napìtí pro motor z výstupu usmìròovaèe D1 na vývody 1, 6 a 3, 7 konektoru J5. Mezi výstupy kontaktù obou relé je (kvùli indukcím v kabelu a odruení) paralelnì pøipojen ochranný obvod R1 v sérii s C6, jen je dimenzován pro motor do 40 V, 100 W. Jsou-li kontakty obou relé v klidu, tak zkratují vinutí motoru, co se projeví jako motorová brzda pøi dobìhu motoru. Od snímaèe pøipojeného k vývodu 8 (impulsy) a vývodu 2 (GND) konektoru J5 jsou impulsy pøivedeny pøes ochranný obvod R3, R4, R5, D4, D5, C7 na vstup RD5 (IC1 vývod 28). V pøípadì pouití snímaèe vyadujícího vnìjí napájení je na vývodu 4 konektoru J5 vyvedeno kladné napìtí +5 V. Proud pro napájení snímaèe je omezen rezistorem R2 a vnitøní napájecí napìtí pozicionéru ochránìno Zenerovou diodou D3 proti pøepìtí, které se mùe naindukovat v kabelu ke snímaèi. Signál DiSEqC pro softwarový dekodér povelù z pøijímaèe v mikrokontroléru je pøiveden a pøizpùsoben ke vstupu RB0 (IC1 - vývod 33) pomocí filtru s dolní propustí J7, J8, L1, C9, D9 a komparátoru C8, R10, R11, R12, R13, T3, D8. Obvod T4, R14, R15 pøipojený k výstupu RB1 (IC1 vývod 34) je nachystán do budoucna pro pøípadnou verzi programu v mikrokontroléru s obousmìrnou komunikací mezi pozicionérem a pøijímaèem DiSEqC 2.x (tyto souèástky zatím není tøeba osazovat). Vstup J6 pro signál 0/12 V z pøijímaèe (mùe být vyuit napø. pro zdvojení poètu poloh u DiSEqC 1.0) je pøizpùsoben napìovým pøevodníkem 12 V/TTL (5 V) sloeným ze souèástek R16, R17, D10 ke vstupu RD4 (IC1 vývod 27).
Obr. 3 a 4. Deska s plonými spoji øídicí èásti pozicionéru v mìøítku 1:1 a rozmístìní souèástek na desce
Electus
2006
43
Sériový port pozicionéru RS-232 (konektor J9) je od mikrokontroléru obousmìrnì galvanicky oddìlen obvody s optoèleny. Odesílání dat z výstupu RC6 (IC1 vývod 25) je oddìleno obvodem R18, IC3, R19, R22, D11, C10 a pøíjímání dat obvodem R21, D12, IC4, R20 na vstup RC7 (IC1 vývod 26). Na desce jsou vyvedeny jetì dva roziøující konektory. Konektor J10 pro pøipojení ovládacího panelu (CONTROL PANEL) a konektor J11 Sbìrnice (BUS).
Obr. 5. Stínicí kryt z krabièky AH100
Na roziøujícím konektoru sbìrnice J11 jsou vyvedeny vechny nepouité vstupy a výstupy mikrokontroléru a nìkteré dalí signály pro pøípadné dalí rozíøení pozicionéru v budoucnu (napø. pro pøipojení dalího motoru pro øízení elevace paraboly).
Ovládací panel (CONTROL PANEL) Ovládací panel je k øídicí èásti pøipojen plochým kabelem, vyvedeným z konektoru J1, a ke konektoru J2 ovládacího panelu je pøipojen modul alfanumerického displeje LCD 2x 16 znakù s integrovaným øadièem typu HD44780. Kontrast displeje je nastavitelný odporovým trimrem R6. Podsvícení displeje øídí program mikrokontroléru výstupem RE0 pøes rezistor R8 a tranzistor T1. Pro zmenení poètu potøebných vstupù a výstupù z mikrokontroléru jsou ovládací tlaèítka S1 a S6 zapojena v matici a navíc jsou pøes rezistory R1 a R5 pøizpùsobena pro sdílení vstupù a výstupù
RB3 a RB7 s displejem LCD. Program mikrokontroléru øídí pøepínání vstupù na výstupy a naopak pro ètení stavu tlaèítek a zápisu do LCD tak, aby byla zabezpeèena správná funkce bez kolizí. Dále jsou na ovládacím panelu umístìny 4 stavové svítivé diody, které jsou proudovì omezeny rezistory RN1. luté diody D1 VÝCHOD (EAST) a D2 ZÁPAD (WEST) indikují smìr natáèení satelitní antény, èervená D3 STAV (STATUS) indikuje rùzné stavy pozicionéru (napø. chyby, pøíjem povelu z DiSEqC èi IR-ovladaèe atd.). Zelená dioda D4 ZAPNUTO (POWER) oznaèuje pøipojení pozicionéru k elektrické síti. Pro ovládání pozicionéru dálkovým IR ovladaèem je pro pøíjem povelù umístìn na ovládací panel IR pøijímaè IC1 typu SFH5110-36. Výstup z IR pøijímaèe je pøipojen na vstup RD6 mikrokontroléru. Aby pøijímané signály nebyly rueny, je napájení IC1 oddìleno rezistorem R9 a odrueno kondenzátorem C3. Pozicionér pøijímá jen povely z dálkových ovládaèù pracujících s kódovacím standardem typu RC5 (Philips), který je pomìrnì hodnì rozíøen. Kondenzátory C1 a C2 odruují a udrují stabilitu napìtí VCC.
Osazení desek s plonými spoji
Obr. 6 a 7. Deska s plonými spoji ovládacího panelu v mìøítku 1:1 a rozmístìní souèástek na desce
Obr. 8. Zadní èelo krabièky KP 10
44
Øídicí èást pozicionéru je postavena na jednostranné desce s plonými spoji o rozmìru 137 x 103 mm (obr. 3) a je navrena pro umístìní do krabièky typu KP 10. Podle osazovacího výkresu na obr. 4 nejdøíve zapájíme ze strany souèástek 6 drátových propojek (pøemostìní), potom peèlivì osadíme a zapájíme pøísluné souèástky, kromì stínicí krabièky a konektorù J7 LNB a J8 RECEIVER viz dále. Pro mikrokontrolér (IC1) a EEPROM (IC2) osadíme objímky, aby je bylo mono v pøípadì potøeby z desky vyjmout. V místì desky, ve kterém má být stínicí krabièka z pocínovaného plechu (obr. 5), zapájíme do dìr v desce po obvodu krabièky kousky drátù (zbyly po odstøiení dlouhých vývodù osazených souèástek) tak, aby vyènívaly nad desku ze strany souèástek asi 10 mm. Ze stínicí krabièky odkryjeme obì víèka a podle obr. 5 vyvrtáme díry pro konektory J5 a J6 v jejím zadním èele. Tìlo krabièky nasadíme na
Obr. 9. Pøední èelo krabièky KP 10
Electus
2006
Obr. 10. Umístìní distanèních sloupkù na èele krabièky vyènívající dráty na DPS a dráty zevnitø pøipájíme ke krabièce. Naroubujeme konektory J5 a J6 na stínicí krabièku a støední vodièe konektorù spojíme opìt kousky drátù do desky podle osazovacího výkresu na obr. 4. Krabièku nyní ji mùeme zakrýt jedním víèkem (druhé se nepouije). Pokud bude v pozicionéru pouit transformátor se støídavým napìtím sekundárního vinutí pro napájení øídicí èásti vìtím ne 8 V (nejvýe 18 V!), je tøeba stabilizátor doplnit vhodným chladièem a pro napìtí vìtí ne 10 V pouít kondenzátor C1 pro napìtí 25 V. Dále by bylo nutné pouít obì relé RE1 a RE2 s vinutím vhodným pro takové napìtí. Lze také omezit proud vinutími relé zámìnou rezistorù R8 a R9 za rezistory s vìtím odporem a úmìrnì vìtím tepelným výkonem. Z toho vyplývá, e pouití transformátoru s vìtím výstupním napìtím pro øídicí èást má za následek i mnohem vìtí celkový pøíkon (spotøebu) pozicionéru z elektrické sítì. Tím by se prodrail jeho stálý provoz. Deska s plonými spoji ovládacího panelu je na obr. 6. Její rozmìr je 99 x 38 mm a umístí se spolu s modulem alfanumerického displeje LCD 2 x 16 znakù na pøední èelo krabièky pozicionéru. Na obr. 7 je osazovací výkres desky ovládacího panelu. Nejdøíve do desky zapájíme 8 drátových propojek (pøemostìní) ze strany souèástek. Potom osadíme kondenzátory C2 a C3 pouzdrem rovnobìnì k desce (naleato) tak, aby nepøekáely pøi osazování dalích souèástek a pozdìji pøi uchycení desky k èelu krabièky. Dále zapájíme svítivé diody D1 a D4 na delích vývodech tak, aby délka jejich vývodù nad DPS byla mezi 6 a 7 mm. IR snímaè (IC1) je moné osadit se zahnutými vývody ve svislé nebo vodorovné poloze. Pøi pouití krabièky typu KP 10 zapájíme IR snímaè ve vodorovné poloze, jak naznaèují ipky, na delích vývodech tak, aby støed èoèky IR pøijímaèe byl ve vzdálenosti 8 a 9 mm od pravého okraje DPS. Nakonec osadíme vechny zbylé souèástky.
Kompletace Pozicionéru XT POZOR! V zapojení pozicionéru jsou nìkteré souèástky pøímo spojeny se síovým napìtím 230 V/50 Hz, proto je nutno dbát na dostateènou izolaci a dodrení pøísluných pøedpisù!
Obr. 11. Pøipojení pozicionéru do satelní sestavy
K celkovému sestavení pozicionéru si nejdøíve pøipravíme èela krabièky typu KP 10. Otvory zadního èela zhotovíme podle výkresu na obr. 8 (vnìjí pohled) a k èelu pøiroubujeme konektor pro napájení z elektrické sítì 230 V (bìnì pouívaný ve spotøební elektronice). V pøedním èelu krabièky zhotovíme otvory pro tlaèítka, svítivé diody a IR pøijímaè podle výkresu na obr. 9 (vnìjí pohled). Dále pøilepíme zevnitø na èelní panel krabièky 4 plastové distanèní sloupky o délce 8 mm s vnitøním závitem M3 pro desku ovládacího panelu podle výkresu na obr. 10 (vnitøní pohled). Modul displeje LCD lze k pøednímu èelu krabièky uchytit nìkolika zpùsoby. Nejjednoduí je pouít oboustrannì lepící pásku, kterou nalepíme po obvodu kovového krytu displeje a následnì se modul LCD pøilepí k pøipravenému otvoru z vnitøní strany pøedního èela (bez distanèních sloupkù). Dalí zpùsob je zvìtení prùmìru stávajících dìr v modulu LCD z 2,5 na 3 mm a pøilepení dalích 4 distanèních sloupkù o délce 8 mm podle výkresu na obr. 10 (pøi pouití typu LCD uvedeného v seznamu souèástek). Nyní propojíme modul LCD s deskou ovládacího panelu. Do samoøezného konektoru J2 na desce ovládacího panelu zaøízneme plochý 16ilový kabel o délce 7 cm a druhý konec zapájíme podle èíslování vývodù do modulu LCD. Pøípadnì mùeme modul LCD opatøit vhodnými konektory, napø. PSH02-xxPG + PFH02-xxP (GME). Potom pøipojíme 14ilový plochý kabel o délce 20 cm do samoøezného konektoru J1 na desce ovládacího panelu a na druhém konci kabel osadíme samoøezným konektorem na kabel (PFL14). Pøipevníme modul LCD a desku ovládacího panelu k pøednímu èelu krabièky a pøihneme èoèku IR pøijímaèe do nachystané díry. Tímto jsou èela krabièky pøipravena pro zkompletování do pozicionéru. K desce øídicí èásti pøiroubujeme 2 distanèní sloupky o délce 10 mm do dìr u zadních konektorù, potøeme sloupky lepidlem a vloíme do horní èásti krabièky tak, aby vìtrací otvory krabièky smìøovaly dozadu (ke konektorùm desky), pøiroubujeme desku s plonými spoji dvìma vruty a v místì s distanèními sloupky desku zatííme. Po zaschnutí lepidla odroubujeme rouby a vruty. Desku øídicí èásti nasuneme do pøipravených otvorù v zadním èelu, vloíme a zaroubujeme do horní èásti krabièky.
Electus
2006
Obr. 12. Zapojení kabelu k rotátoru Do støedu dolní èásti krabièky vyvrtáme díru o prùmìru 5 mm a roubem M5 x 50 mm upevníme toroidní transformátor. Matici utáhneme pouze malou silou, jinak by mohl prasknout plastový díl krabièky. Dvouilovým kabelem s izolací vhodnou pro napìtí 230 V propojíme napájecí konektor zadního èela se svorkou J1 IN AC 230 V na desku øídicí èásti. Podle schématu zapojení øídicí èásti na obr. 1 pøipojíme primární vinutí transformátoru ke svorce J2 OUT AC 230 V, sekundární vinutí 6 V ke svorce J3 AC 6 V a druhé sekundární vinutí 24 V ke svorce J4 AC 24 V. Plochý kabel od pøedního èela (ovládacího panelu) zakonèený samoøezným konektorem spojíme s konektorem J10 PANEL na desku øídicí èásti a krabièku sloíme prozatím bez zaroubování. Pøipojíme propojovací kabel k elektrické síti 230 V a zkontrolujeme, zda displej zobrazuje úvodní text, pøípadnì doladíme kontrast displeje odporovým trimrem R6 na desce ovládacího panelu. Pokud se nic nezobrazí, je nutno závadu dohledat (patné spoje, zkraty, nesprávné souèástky atd.). Na pøedním a zadním èele krabièky oznaèíme konektory, tlaèítka a LED vhodnými popiskami, napø.: - zadní èelo: MOTOR, 0/12 V, LNB, RECEIVER, RS-232, AC 230 V, - pøední èelo: STATUS, MENU, EAST, ipka vlevo, ipka nahoru, ipka dolù, ipka vpravo, WEST, STORE, POWER.
Pøipojení pozicionéru Pozicionér mùeme vøadit kdekoli v cestì mezi pøijímaèem a konvertorem (viz obr. 11) v suchém prostøedí, pro vyuití komfortu obsluhy nejlépe v blízkosti satelitního pøijímaèe.
45
Na jeden konektor F pøipojíme koaxiální kabel smìrem k pøijímaèi a na druhý konektor kabel ke konvertoru LNB. Konec kabelu k rotátoru paraboly opatøíme 8kolíkovou zásuvkou DIN, kterou zapojíme podle obr. 12. Snímaè továrních natáèecích mechanismù mùe být tvoøen buï optoèleny (podobnì jako u poèítaèových myí), nebo kontaktem jazýèkového relé, který se spíná pøiblíením permanentního magnetu, jen je upevnìn na rotující høídeli (tyè se závitem) mechanismu posuvu rotátoru. Optický snímaè je nutno propojit 3 vodièi (+5 V, GND, impulsy), oproti jazýèkovému snímaèi, kde k propojení staèí pouze 2 vodièe (GND, impulsy). Budeme-li vyuívat pro øízení pozicionéru i doplòující signál 0/12 V (pøi pouití DiSEqC 1.0), tak jej propojíme s pøijímaèem kabelem opatøeným konektorem CINCH. Dále pøipojíme napájení z elektrické sítì 230 V propojovacím síovým kabelem, který se pouívá ve spotøební elektronice. Pøípadnì mùeme propojit pozicionér s PC nekøíeným kabelem RS-232 (prodluovací kabel RS-232). Tím je pozicionér nachystán k èinnosti.
Aktualizace firmware Aktuální zdrojový kód firmware do mikrokontroléru je moné zdarma získat z internetové stránky pozicionéru DiSEqC XT [4] a do pozicionéru pøenést z PC pøes sériový port RS-232. Po staení souboru s aktualizací a rozbalení z komprimovaného formátu ZIP získáme aktualizaèní soubor s pøíponou hex. K pøenosu firmware je tøeba z internetu [3] stáhnout program PIC downloader (je volnì k pouití freeware), kterým aktualizaci pøeneseme do mikrokontroléru v pozicionéru. Program pracuje pod operaèními systémy Windows 95/98/ME/ 2000/XP. Pro pøenos aktualizace firmware musí být v mikrokontroléru naprogramován bootloader (zavadìè), který pøenos pøes RS-232 a zároveò zápis do FLASH-pamìti programu v mikrokontroléru umoòuje. Bootloader mùe zapisovat i do datové EEPROM uvnitø mikrokontroléru a vnìjí EEPROM 24LC64 (IC2) pøes sbìrnici I2C. Bootloader má dále naprogramovánu ochranu, aby nemohl pøepsat sám sebe. Tato ochrana dává jistotu, e pøi naprogramování nesprávným (vadným) zdrojovým kódem nebo pøi chybì bìhem pøenosu je moné mikrokontrolér naprogramovat znovu správným zdrojovým kódem (i pøedchozí verzí firmware). UPOZORNÌNÍ: Aktualizaèní zdrojový kód staený z internetu je ifrovaný, proto jej nelze do mikrokontroléru naprogramovat programátorem. Naprogramovat ho je moné pouze pomocí PIC downloaderu (pøenáí ifrovaný zdrojový kód) a mikrokontroléru v pozicionéru s naprogramovaným deifrovacím bootloaderem urèeným pro pozicionér (zdrojový kód se deifruje uvnitø mikrokontroléru). Mikrokontrolér s naprogramovaným bootloaderem pro pozicionér je mono objednat na internetu [4]. Aktualizace z internetu jsou bezplatné.
46
Postup pøi aktualizaci firmware: 1. Odpojit pozicionér od el. sítì. 2. Propojit pozicionér s PC nekøíeným kabelem RS-232. 3. Spustit PIC downloader a zvolit sériový port RS-232 (COM1 a 6), ke kterému je pøipojen kabel k pozicionéru a nastavit rychlost pøenosu na 9600 Bd. 4. Pøes volbu Search (F2) najít a zvolit aktualizaèní soubor s pøíponou hex a klepnout na volbu Write (F4). 5. Pøipojit pozicionér k elektrické síti. Tím se spustí pøenos dat a zápis do mikrokontroléru. 6. Po ukonèení pøenosu odpojit pozicionér na dobu asi 5 s od el. sítì a znovu pøipojit. Nyní se pozicionér rozbìhne s aktualizovaným firmware.
Seznam souèástek Øídicí èást: R1, R2, R8, R9, R19 R3, R13, R21 R4, R5, R23 R6, R7, R22 R10, R16, R17, R20, R24 R11 R12 R14, R18 R15 C1 C2, C5 C3, C4 C6 C7 C8 C9 C10 D1 D2 D4, D5, D8, D11, D12 D6, D7 D9 D3, D10 T1, T2, T3, T4 IC1 IC2 IC3 IC4 IC5 X1 L1 RE1, RE2 J1, J2, J3, J4 J5 J6 J7, J8 J9 J10 J11
47 Ω 1 kΩ 10 kΩ 680 Ω 2,2 kΩ 150 kΩ 22 kΩ 330 Ω 100 kΩ 1000 µF/16 V 100 nF 100 µF/10 V 220 nF/100 V (GME: CF2-220N/J) 220 nF 22 nF/100 V (GME: CF2-22N/J) 100 pF 47 µF/16 V KBU4J (B250C4000) B250C1000, DIL 1N4148 1N4007 BZX85-22V BZX85-5V1 BC337 PIC16F877A/P (s bootloaderem (zavadìèem) od autora [4] 24LC64 EEPROM 4N35 6N137 LM2940CT-5 krystal 4 MHz SMCC 1 mH (GME: TL.1000uH) H500S06 (GME: RELEH500SD06) svorkovnice ARK RM 5 mm (pøíp. WAGO) do DPS DIN 8 do DPS (GME: DIN 8P ZP90) CINCH do DPS (GME: SCJ-0358) zásuvka F na panel (GME: KFZ) Canon 9F do DPS (GME: CAN 9 Z90) vidlice 14 vývodù do DPS (GME: MLW14G) vidlice 26 vývodù do
Electus
2006
DPS (GME: MLW26G) PO1 pojistka T 400 mA PO2 pojistka T 500 mA PO3 pojistka T 2,5 A Pojistkový drák do DPS s krytem - 3 ks Objímka 40 vývodù pro IC1 Objímka 8 vývodù pro IC2 Stínicí krabièka AH100 (pocínovaný plech) Ovládací panel: RN1 R1, R2, R3, R4, R5, R8 R6
4x 680 Ω (GME: RR4x680R)
1 kΩ 2,5 kΩ, trimr leatý 5 x 10 mm R7 10 kΩ R9 47 Ω C1 100 nF C2, C3 47 µF/16 V D1, D2 LED 3 mm, lutá D3 LED 3 mm, èervená D4 LED 3 mm, zelená T1 BC337 IC1 SFH5110-36 S1 a S6 tlaèítko výka hmatníku 13 mm (P-B1720G) J1 samoøezný konektor, 14 vývodù, do DPS (GME: LPV-14) J2 samoøezný konektor, 16 vývodù do DPS (GME: LPV-16) Konektor samoøezný, 14 vývodù na kabel (GME: PFL14) Kabel 14ilový plochý - 20 cm Kabel 16ilový plochý - 7 cm Displej LCD 16x2 STN, transreflexní s LED (GME: MC1602E-SYL/H) Dalí souèástky: Transformátor toroidní 230 V/24 V/6 V, 50 VA - viz text (PS) Krabièka KP 10 (GME: U-KP10) Distanèní sloupky 10 mm, závit M3, plast (GME: KDI6M3X10W) 2 ks Distanèní sloupky 8 mm, závit M3, plast (GME: KDI6M3X08W) 4 ks (8 ks) roub M3 x 5 7 ks (11 ks) roub M3 x 12 2 ks roub vrut 3 x 10 2 ks roub M5 x 50 + matice M5 + podloka (pro transformátor) Matice M3 3 ks Podloka plochá s dírou 3 mm 4 ks Konektor el. sítì na panel (GME: LW-FS) Konektor rotátoru DIN 8 na kabel (GME: DIN 8P VK) Pouité zkratky: GME GM electronic, tel: 224 816 049 zásilková sluba, http://www.gme.cz PS - PS electronic, Praha, tel: 222 541 475, http://www.pselectronic.cz
Literatura [1] Katalogové listy MICROCHIP, http://www.microchip.com [2] DiSEqC - Bus Functional Specification (February 25, 1998), http://www.eutelsat.com [3] PIC downloader + bootloader pro PIC16F87x, EHL elektronika, Petr Kolomazník, http://www.ehl.cz/pic [4] Aktuálnì o pozicionéru DiSEqC na Internetu: http://www.holman.cz/hg
Amatérský radioteleskop Ing. Jiøí Polívka, CSc. Mnoho amatérù astronomù sleduje hvìzdnou oblohu, poøizuje fotografie ve viditelném a díky CCD kamerám i infraèerveném oboru. Amatérù radioastronomù je jen málo. Zatímco optické dalekohledy se nabízejí ve velikém výbìru a za dostupné ceny, pøístroje pro pozorování v rádiovém oboru si musí kadý udìlat sám. Nebylo to snadné jetì pøed dvaceti lety. Dnes vak díky rozvoji druicové televize jsou nízkoumové mikrovlnné pøijímaèe v pásmech 4 a 11 a 12 GHz dostupné vem. Dokonce mnozí mají malý radioteleskop doma, ani o tom vìdí. Pøijímají toti televizi z druic! Dnes jsou dostupné výborné pøijímaèe i antény a staèí pøidat jen jednoduché doplòky, aby zájemce mohl pøijímat rádiový um Slunce.
Základní problémy V optickém a infraèerveném oboru je Slunce dominantním zdrojem záøení. Dokonce vìtina energie, kterou na Zemi vyuíváme, byla èi je dodávána Sluncem. V rádiovém spektru je Slunce výraznì slabím záøièem. Navíc potøebná anténka se musí navrhnout tak, aby její velikost (pøesnìji velikost hlavního laloku vyzaøovacího diagramu) byla pøizpùsobená úhlovému rozmìru zdroje (obr. 1, 2). V pøípadì Slunce je jeho úhlový rozmìr 0,5 x 0,5 °. Velikost pøizpùsobené antény vyjádøená ve vlnových délkách pak urèuje íøku hlavního laloku podle vztahu Φ = 70λ/D
[1],
Obr. 1. Definice íøky hlavního svazku (laloku) mikrovlnné antény. Pouívá se u vech antén s jednoduchým vyzaøovacím diagramem (soustavy antén mívají sloitìjí diagram) Φ
Φ
Φ
Obr. 2. Jak radiometrický systém mìøí teplotu objektu na dálku: Objekt s teplotou T a emisivitou E vyzaøuje do prostoru (umový) výkon úmìrný teplotì T. Èást tohoto výkonu je zachycena naí anténou se svazkem o úhlovém rozmìru ΦA.ΦB. Na výstupu antény zmìøíme umovou teplotu podle vztahu v obrázku. Neplatí-li A ≥ Φ, pak Tx = E .T . A2/(ΦA.ΦB)
kde Φ je íøka hlavního laloku vyzaøovacího diagramu antény ve stupních, λ je vlnová délka v metrech, D je rozmìr ústí antény v rovinì E nebo H, té v metrech. Tentý vzorec urèuje rozliovací schopnost radioteleskopu s takovou anténou. Dosadíme-li velikost antény, napø. D = 1,0 m, vlnovou délku napø. 0,1 m (odpovídá kmitoètu 3000 MHz), zjistíme, e íøka svazku naí antény je 7 °. Vzhledem k tomu, e úhlový prùmìr Slunce je 0,5 °, do pøijímaèe pøipojeného k takové anténì se dostane umová teplota Ta=(Φs2/Φa2) Ts
[2],
Kde TS je umová (pøiblinì fyzická) teplota zdroje v Kelvinech, Ta je umová teplota na výstupu antény, v Kelvinech, Φs2 je ètverec zorného úhlu objektu, sterad, Φa2 je ètverec íøky hlavního svazku antény, sterad. Pro pøípad naí metrové antény na vlnové délce 10 cm a Slunce s Ta ~6000 K na výstupu této antény po namíøení na Slunce dostaneme: Ta = 6000 . 0,25/49 = 30,6 K. Detekovat zmìnu umové teploty ~30 K není snadné. Potøebujeme jednak nízkoumový pøijímaè, jeho vlastní um je mení ne ~1000 K, jednak tento pøijímaè musí být pøi velkém zesílení velmi stabilní, aby se zmìna umové teploty dala rozeznat. Obr. 4 ukazuje, jak se rozliení teploty mìøí. Pøicházíme k dalí dùleité èásti radioteleskopu, a to je pøijímaè. Tento pøijímaè zpracovává nikoli signál, ale um: vìtina pøírodních zdrojù vyzaøuje tepelný um. Pøírodní zdroje relativnì koherentního záøení vyzaøují umu podobné signály. Pøijímaè radioteleskopu se èasto nazývá radiometr. Jak se zjistilo, k pøíjmu a detekci umu na pozadí vlastního umu pøijímaèe je potøeba zesilovat um v irokém pásmu. Ná pøijímaè musí být iro-
Autor èlánku se svým radioteleskopem kopásmový a pøitom nesmí pøijímat umìlé signály, které vytváøejí lidé. Potøebujeme tedy vstupní pásmový filtr, který propustí jen ádoucí um (obr. 3). Viditelné a infraèervené záøení pøenáejí fotony s velkou energií; proto k detekci svìtelného a IR záøení postaèí vhodný detektor (èasto polovodièová fotonka apod.). V rádiovém a mikrovlnném oboru pøenáejí energii fotony s velmi malou vlastní energií. Detektor, napø. polovodièová dioda, je vlastnì usmìròovaè. Na jeho výstupu obdríme zpracovatelné napìtí a tehdy, kdy je co detekovat, tedy minimální detekovatelný výkon je ~ -40 dBm nebo 0,1 μW. Pak mùeme oèekávat výstupní napìtí pod 1 mV. Úroveò rádiového umu mùeme také posoudit z Nyquistova vztahu Pn = k.T.B
[3],
kde Pn je výkon umu v wattech, k je Boltzmannova konstanta (k = 1,38 . 10-23J/K), T je teplota v Kelvinech, B je íøka pásma v Hertzech.
Obr. 4. Jak se definuje rozliovací schopnost teploty. Na zapisovaèi registrujeme vlastní um systému (stopa dole). Pak zvýíme vstupní teplotu, a je odliitelná od pøedchozí
Obr. 3. Základní schéma radiometru. Ke vstupu pøipojíme vhodnou anténu: vznikne radiometrický systém
Electus
2006
47
ñ
ñ
Praktiètìjí k výpoètu umu na vstupu pøijímaèe je vyjádøení úrovnì v dBm (decibely v pomìru k 1 mW): Pn (dBm) = -174 + NF + 10 log B [4], Kde -174 je logaritmovaná Boltzmannova konstanta násobená okolní teplotou v Kelvinech, NF je umové èíslo pøijímaèe v dB a 10 log B je logaritmus íøky pásma. Máme-li tedy pøijímaè se íøkou pásma 10 MHz a umovým èíslem 10 dB, bude takový pøijímaè mít na svém vstupu umové pozadí o úrovni Pn (dBm) = -174 + 10 + 70 = -94 dBm. Na výstupu pøijímaèe pak bude úroveò umu vyí o zisk zesilovaèe. Zmínili jsme, e typický vf detektor potøebuje k fungování vstupní úroveò výkonu (signálu èi umu) aspoò -40 dBm. Chybìjících 54 dB musíme tedy zajistit zesilovaèem. Nyní ke zpùsobu, jak odliit um z antény od vlastního umu pøijímaèe. Zjistilo se, e vyuitím irokého vf pásma pøed detektorem a ohlazením detekovaného napìtí podle obr. 4 je moné rozliit zmìnu umové úrovnì na vstupu pøijímaèe od jeho vlastního umu (typicky umové èíslo plus vf zesílení). Platí toti vztah dT = Tsn /(√Bvf.τ)
[5],
kde Tsn je umová teplota celého systému antén plus pøijímaèe v Kelvinech (K), dT je minimální rozliitelná zmìna umové teploty z antény (K),
Bvf je íøka pásma pøijímaèe pøed detektorem (Hz), τ je èasová konstanta ohlazovacího obvodu (integrátoru) (sekundy, s). Èasovou konstantu τ známe: je to souèin R x C ohlazovacího èlánku v ohmech a faradech, obr. 5. umové èíslo a umová teplota pøijímaèe souvisí vztahem N = 1 + Tsn/To
[6],
kde Tsn u známe a To je teplota okolí, obvykle 300 K. NF = 10 log N.
[7]
Ná pøijímaè se umovým èíslem ~10 dB bude mít odpovídající Tsn: Tsn = To(N-1)
[8],
tedy Tsn = 300 . (10 - 1) = 2700 K. To je oproti oèekávaným 30 K pøíli. Nyní pouijme vztah pro dT a zkusme ohladit výstupní um RC èlánkem s konstantou τ =1 s. Pro B = 10 MHz pak dostaneme: dT = 2700/(√10 000 000 x 1) = 2700/ /3162 = 0,85 K. Nyní mùeme vidìt, e pouitím irokopásmového pøijímaèe a øádného ohlazení výstupního umu mùeme dosáhnout velmi dobrého rozliení teploty. Teï ovem pøijde varování: rozliení se mìøí na zápisu výstupního napìtí v èase podle obr. 4. Kdo to nìkdy zkusil, ví, e ss napìtí, zvlátì øádovì v oboru milivoltù, èasto driftuje z rùzných dùvodù. Hlavní pùvod ss driftu je v naem zesilovaèi se ziskem 54 dB èi více. Napájecí napìtí mùeme stabilizovat. Obtínìjí je stabilizovat teplotu. Je tøeba
Obr. 8. Zamíøení antény pøijímaèe na èisté nebe s teplotou 5 a 10 K (obr. A) a zamíøení na stìnu domu s teplotou 300 K (obr. B) si uvìdomit, e radioteleskop (anténa s pøijímaèem) je vlastnì teplotomìr, který mìøí teplotu na dálku. Pøejeme-li si rozliit 1 Kelvin v rozsahu 0 a 30 Kelvinù, musíme se postarat, aby ná pøijímaè, zejména jeho vstupní èást, mìl teplotu se stálostí lepí ne 1 K. To se v praxi tìko dosahuje. Podobnì jako v ss zesilovaèích malých ss signálù se s oblibou pouívá vstupních modulátorù (èoprù) a synchronních detektorù, metoda modulace vstupního umu se pouívá ve vìtinì radioteleskopù podle obr. 6. Nìkteré zkuenosti uvedu pozdìji. Závìrem tohoto sloitého vyprávìní s nároènou matematikou: Úhlové rozliení radioteleskopu mùeme posoudit ze vztahu [1]. Teplotní rozliení radioteleskopu mùeme posoudit ze vztahu [5].
Jak postavit radioteleskop Nyní popíu, jak jsem jednoduchý radioteleskop na Slunce postavil sám. Kdo má zájem, mùe pokusy napodobit. Kdo
Obr. 5. Ohlazovací (integraèní) èlánek RC
Obr. 6. Modulaèní radiometr (podle Dickeho) dovoluje odliit vstupní um od umu systému
Obr. 9. Jednoduchý doplnìk k LNB: mf zesilovaè ~10 dB a mf detektor. Napájí se spoleènì s LNB ze ss zdroje +12 a +15 V. Potenciometrem 1 kΩ nastavte zdola proud do IC asi 15 mA
Obr. 7. Blokové zapojení druicového TV pøijímaèe. LNB se napájí po mf kabelu. Detektor AVC mùe poskytnout výstupní napìtí k pouití systému jako radioteleskopu
48
Electus
2006
Obr. 10. Jednoduché míøidlo na Slunce, vhodné pro ofsetové antény (viz obr. 20)
Obr. 11. Schéma procesoru umu s modulací na 1. mf kmitoètu
je zkuenìjí, mùe se vydat vlastní cestou. Uvítám odezvu ètenáøù, moná nìkdo vytvoøí lepí pøístroj, ne se povedl mnì.
Základní pokusy Kdo má starí druicový pøijímaè, mùe zkusit vytáhnout um na mezifrekvenci. Nìkteré pøijímaèe mají detektor úrovnì signálu, na jeho výstupu se mùe mìøit ss napìtí, odpovídající vstupnímu umu. Obr. 7 ukazuje schéma typického pøijímaèe. Prosím, ne se pustíte do vaeho druicového pøijímaèe, uvìdomte si, e jeho anténka je pøesnì zamìøená na vybranou druici. Dobøe zapite úhly nastavení, abyste se s anténou dokázali vrátit zpìt. Bez schématu nedoporuèuji otevírat skøíòku pøijímaèe. Po-
kodíte- li malièkost, nebude pøijímaè pracovat. Starí vyøazené pøijímaèe jsou vhodnìjí také proto, e jejich struktura dovolovala sledovat signál od vstupu k výstupu. Moderní pøijímaèe demodulují FM signál ji v pouzdru tuneru, a protoe ladìní i jiné funkce øídí poèítaè, nedají se pouít k pokusùm. Pokud chcete pouít druicový pøijímaè, najdìte ss signál detektoru AVC. Kýváte-li anténou, toto napìtí se mìní. Ujistìte se, e nepøijímáte signál z druice: Na obloze jich vysílá nìkolik. Sám doporuèuji pouít kontrast studené nebe/ / stìna domu podle obr. 8. Odpovídající napìtí se mìní hladèeji, ne pokud pøijímáte signál z druice. Najdete-li výstupní ss signál a máte-li vhodný kontrast (napø. napìtí se mìní do
Obr. 12. Mf doplnìk se ss a zvukovým výstupem. Zesilovaè Zinwell je levný 20 dB mf kabelový zesilovaè. LM386 je zvukový zesilovaè 0,5 W. Ve se napájí napìtím +12 a 15 V ze ss zdroje.
Obr. 13. Napájecí zdroj, stabilizátor a operaèní zesilovaè, vhodné k pøedchozím popsaným mf obvodùm. Indikátor dovoluje plnou výchylku ~5 V, ze vstupního ss napìtí kolem 5 a 10 mV
Electus
2006
Obr. 14. Anténa a LNB 10 do 100 mV), zkuste jetì pøed anténu vloit ruku. Pøi zamíøení na stìnu (vyí napìtí) má ss napìtí jetì stoupnout (vae ruka je teplejí), pøi zamíøení na nebe má napìtí stoupnout jetì o poznání víc. Pokud vá druicový systém reaguje, jak výe popsáno, máte doma radioteleskop. Nyní zamìøte anténu na Slunce a pozorujte ss napìtí: má být vyí ne pøi zamíøení na stìnu èi na ruku. K mým pokusùm jsem radìji pouíval pouze anténu s LNB (konvertorem), na jeho mf výstup jsem pøipojil mf zesilovaè ~10 dB a detektor podle obr. 9. Výstupní ss napìtí obvykle kolísalo od ~10 mV pøi anténì hledící na nebe do ~300 mV pøi zamíøení na stìnu. Pak postaèí doplnit ss operaèní zesilovaè a zdroj jako na obr. 13 a radioteleskop je pøipraven k mìøení teploty Slunce. Nejvhodnìjí anténa pro podobné pokusy je rotaèní parabolické zrcadlo, jako na obr. 14. Ofsetové antény vynikají tím, e nepoznáte, kam jsou zamíøeny. Budete muset najít Slunce a na anténu doplnit míøidlo, tøebas takové, jako pouívám já, obr. 10 a 20. S malou anténou (kapesní radioteleskop) z obr. 14 se sotva dá najít na nebi víc ne Slunce. Systém ovem mùete pouít k dálkovému prùzkumu: uvidíte, e um mrakù a detì v pásmu 12 GHz je velmi výrazný, e mùete mìøit svou tìlesnou teplotu, rozliit suchou a vlhkou pùdu èi vegetaci
49
ñ
V [UDC]
d)
a)
c)
b)
e)
f)
Obr. 15. a) Sluneèní um na kmitoètu 12 MHz (15. 4. 2000 od 14. do 14.20 UTC), záznam získán s pouitím paraboly o ∅ 30 cm; b) sluneèní um na kmitoètu 12 GHz; c), d) a e) sluneèní um na kmitoètu 4 GHz; výsledky na obr b) a e) získány s ofsetovou anténou 60 x 80 cm); obr. 15 f) um Mìsíce na kmitoètu 12 GHz, mìøeno s ofsetovou anténou 60 x 80 cm 3. 12. 2000
Obr. 17. (dole) Novoroèní sluneèní bouøe v pásmu 18 a 1000 MHz (nejzajímavìjí èást je 18 a 180 MHz), zaznamenaná v Austrálii
ñ
Kdy jsem si opatøil vìtí anténu (ofset 60 x 80 cm), pokusil jsem se na nebinajít Mìsíc. V pásmu 12 GHz se mi to podaøilo. Musel jsem ponìkud zvýit zesílení pøijímaèe a pouitím mf modulace podle obr. 11 byl mùj systém dostateènì stabilní: asi pùl hodiny po zapnutí byl ss posuv mení ne ~3 mV pøi pici umu z Mìsíce asi 20 mV velké, obr. 15 f. Detekce jiných kosmických objektù ne Slunce a Mìsíce vyaduje vìtí anténu. Místo velkoploné antény mùete
50
Obr. 16. Pøipojení dataloggeru LVOLT816 (B & B Electronics) k výstupu indikátoru radioteleskopu. Nedoporuèuji trvalé pøipojení dataloggeru k poèítaèi, protoe ruení z PC mùe ovlivnit èinnost radioteleskopu
zkusit postavit interferometr. Nìkteøí amatéøi dokázali detekovat rádiový um naí galaxie, jiní tvrdí, e zamìøili pulsary. Èasto se mne pøi pøedvádìní zájemci ptali, co je slyet ze sluneèního umu? Proto jsem v jedné verzi upravil ss výstup z mf detektoru tak, aby k nìmu bylo moné pøipojit nf zesilovaè a reproduktor jako na obr. 12. Sluneèní um je obvykle jen stálý sykot, který mùe být doprovázen praskotem èi jinými projevy sluneèní aktivity.
Electus
2006
Pøi pokusech jsem ovem spí nabyl dojmu, e mùj pøijímaè je ruen umìlými signály z okolí. Èasto se také podaøí zamíøit anténu na nìjakou druici. To se pozná tím, e ss výstupní napìtí bývá podstatnì vìtí, ne ze Slunce. Ve zvukovém kanálu bývá pak slyet vrèení vlivem vertikální synchronizace TV signálu (50 a 60 Hz) nebo disperzálem (25 Hz).
Zpracování dat Máme tedy fungující radioteleskop, kterým lze detekovat sluneèní èi dokonce mìsíèní um. Pøíklad hotového zaøízení ukazují obrázky 14 a 18 a 21. Výstupní signál je pomalu se mìnící ss napìtí. Nejobvyklejím výstupním zaøízením byl obvykle zapisovaè na papírovou pásku. Dnes se dají podobné pøístroje stále poøídit ve výprodeji. Inkoustová stopa na kalibrovaném pásu dovoluje pohledem rozpoznat správný zápis od ruení nebo jiných vad. Odborné posouzení zápisu bylo vdy umìním èíst z trávy. Výhodou analogového záznamu je vdy to, e obsahuje vekerá data. Nic se neztrácí, jen zpracování vyaduje lidskou úèast. Moderní metody pouívají vzorkování signálu a digitální zpracování. Tím lze v záznamu i bez lidské úèasti rozpoznat zajímavé vìci, ale má to háèek: vzorkováním ztrácíme vechno, k èemu dochází mezi vzorky! Co jednou ztratíme, je ztraceno nenahraditelnì. Pøes vechny výhody se mne osobnì právì tohle velmi dotýká. Nejde se prostì vrátit ke starému záznamu a najít v nìm cosi, co jsme døíve neoèekávali. Nicménì pouití moderního vzorkování a digitalizace je pohodlné kadý poèítaè to umí a záznam lze upravit tak, aby se líbil. Zkusil jsem pøipojit malý datalogger, do nìho se vejde 16 tisíc vzorkù. Pøístrojek obsahuje A/D konvertor a pamì a lze naprogramovat interval vzorkování i dobu odbìru vzorkù. Pøipojí se podle obr. 16. K pøístrojku se dodává i software pro Windows a obsluha je prostinká. Obvyklý interval vzorkù byl 1x za 20 sekund; pøíklad poøízených grafù ukazuje obr. 15. Radioteleskop na 12 GHz s anténou o ∅ 30 cm má íøku svazku asi 6 °. Jeden stupeò otáèení Zemì trvá ètyøi minuty; podle toho mùeme odhadnout íøku svazku antény, obr. a). Tentý pøijímaè s vìtí anténou (60 x 80 cm offset) poskytl záznam na obr. b). Na 4 GHz bývá
Obr. 19. Mf blok s klíèováním (viz schéma na obr. 11)
Obr. 18. Indikátor s TLV2224
Obr. 20. Detail zamìøovaèe Slunce (viz obr. 10) aktivita Slunce èastìjí, jak ukazují záznamy c) a d), opìt s vìtí anténou. Grafy neukazují nic víc, ne pøejetí svazku naí antény Sluncem díky otáèení Zemì. Kdo má zájem o sledování aktivity Slunce, musí anténou otáèet proti rotaci Zemì (hodinový stroj èi odvozený pohon polární osy) a získá tak èasový záznam sluneèního umu. Kmitoèty pod 4 GHz jsou ke sledování sluneèní èinnosti nejlepí. Pod 1 GHz lze detekovat sluneèní rádiové bouøe. Potøebujete ovem slunì rozmìrnou irokopásmovou anténu na polární ose, pøeladitelný pøijímaè (napø. TV UHF tuner) a k záznamu dat poèítaè, na kterém zobrazíte kmitoèet napø. na ose Y, èas na ose X a intenzitu na ose Z, podobnì, jako to dìlají profesionální astronomové, obr.17. Výhoda sluneèních bouøí pod 1 GHz je v tom, e umová teplota dosahuje milionù Kelvinù, take netøeba vyvíjet nízkoumové pøijímaèe. Podobný projekt je myslím nad síly jednotlivce, týmová spolupráce bude
Obr. 21. Celý radioteleskop na stojanu
vhodnìjí. Mnozí radioamatéøi se zabývají spojením pomocí odrazu od Mìsíce v pásmech 432 a 1296 MHz a vyznají se v anténách i mechanismech. Jejich zaøízení jsou ovem úzkopásmová, co je nutné k odliení slabého umìlého signálu od umu. Zkuenosti tìchto radioamatérù se ovem mohou hodit radioastronomùm. Pøeji mnoho zdaru a uvítám pøipomínky ètenáøù!
Poslední pøipomínka: NIKDY nehleïte pøímo do Slunce! Anténu smìøujte podle stínu LNB ve vrcholu paraboly nebo podle zamìøovaèe, který jsem popsal tam se na plechový pásek promítá prasátko. Kdy jsou mraky a Slunce není vidìt, udìlejte si detektor s infraèervenou fotonkou v èerné trubce, s indikátorem 0,1 mA (mìøidlo). e-mail:
[email protected]
Literatura [1] Polívka, J.: Sluneèní radioteleskop. Sdìlovací Technika, è. 6, 1992, s. 212213. [2] Lonc, W.: Radio Astronomy Projects. Radio-Sky Publishing, 1996 (adresa: P. O. Box 3552, Louisville, Kentucky, KY 40201-3552), ISBN: 1-889076-00-7. (Doporuèuji váným zájemcùm!) [3] Kraus, J. D.: Radio Astronomy. McGraw-Hill Co, New York 1967. (Výborná uèebnice, doporuèuji vem.)
Electus
2006
Jarní radioamatérské a CB setkání se uskuteèní v pátek a v sobotu 12. a 13. kvìtna 2006 v areálu Radost v Horním Jelení u Holic. Podrobnosti viz www.ok1khl.com
51
Radioamatérská událost roku - HOLICE Atmosféru Mezinárodního setkání radioamatérù v Holicích vám pøibliujeme sérií obrázkù z loòského, XVI. roèníku (konal se 26. a 27. 8. 2005).
Mezinárodní ráz holických setkání dokreslují oficiální informaèní stánky zahranièních radioamatérských organizací. Vloni se touto formou zúèastnilo Polsko, Slovensko (na snímcích) a Chorvatsko
Stále vìtí oblibì se tìí historické pøístroje. Úctyhodnou sbírku sovìtské vojenské radiotechniky a elektroniky shromádil a v Holicích vystavil Vaek, OK1MWA (druhý zleva)
Areál radioamatérského setkání se nachází v blízkosti muzea slavného holického rodáka, cestovatele a spisovatele Dr. Emila Holuba (1847 - 1902)
Pøi vojenském veterán klubu Boskovický sedmizubec funguje radioklub OK2OFO. Na snímku Jarda, OK2BNP, který pøicestoval v sovìtském automobilu UAZ-452AE (rok výroby 1980), který v armádì slouil jako topografický pøipojovaè. Pùvodní radiostanice RF-10 je zachována, ale jak vidíte, ke komunikaci v posteli Jarda pouívá YAESU FT-857D
Vlevo: Viktor, OK1XW, s malým adeptem radiotechniky v tradièní expozici Jak jsme zaèínali, tentokrát vìnované historii telegrafie. Nejstarí vystavený telegrafní klíè byl drání z roku 1850. Dalí raritou tu byl italský kuføíkový vojenský telegraf z I. svìtové války Vpravo: Tento ovladaè elektronického telegrafního klíèe je ovem zbrusu nový. Konstruktérem je Ital P. Begali a k návratu pák neslouí pruiny, jak bývá bìné, nýbr permanentní magnetické pole (www.i2rtf.com)
52
Electus
2006
- letos na shledanou 25. a 26. srpna 2006
Historická radiotechnika je krásná, ale pro souèasnou komunikaci je lépe pouívat nìco modernìjího. Od toho je v Holicích prodejní hala s mnoha stánky, kde je mono zakoupit ve, co radioamatér potøebuje. Ve stánku ELIX jsme si napø. poøídili vynikající vertikální anténu Diamond CP-6 pro KV pásma
Stánek firmy GM Electronic. Ta se specializuje na dodávky elektronických souèástek a náøadí a pøístrojù pro elektroniku a radiotechniku. V Holicích byl mezi návtìvníky díky akèním cenám nejvìtí zájem o mìøicí techniku a radioamatérské stavebnice Velleman (www.gme.cz)
Ve stánku firmy GES ELECTRONICS nás zaujal úsmìv paní Alice a její náhlavní souprava HEIL typu QP-4 (Quiet Phone). Sluchátka mají aktivní snímaè hluku okolí, který tento hluk pøivádí do sluchátek v protifázi, take operátor radiostanice neslyí hovor sousedních kolegù ani bublání nedalekého agregátu. Také sortiment GES je tak iroký, e jej nelze vyjmenovat - viz 3. strana obálky. Ovem nejvìtí radost mìli návtìvníci z tajemných pytlíkù za symbolickou cenu, plných nejrùznìjích souèástek Vlevo: Nakladatelství BEN - technická literatura je kadoroèním sponzorem a souèasnì vydavatelem broury Sborník pøíspìvkù z holických setkání. Z toho loòského upozoròujeme na pøíspìvky: Stahujeme snímky z meteosatelitù (OK1MOW), Internet-Gateway System (OK2SLZ), Vf koncové stupnì vysílaèù PMR (OK1XVV), Dipólové antény pro KV (OK2BNG), pøehledy majákù, pøevadìèù, R a TV vysílaèù atd. Sborník 2005 (a stejnì tak i 2004) je mono si jetì za slevnìnou cenu objednat (www.ben.cz)
Vlevo: Pøedseda Èeského radioklubu Ing. J. Vole, OK1VJV, pøedává podìkování za dlouholetou spolupráci starostovi mìsta Holice Ing. L. Effenberkovi Vpravo: Nostalgický úsmìv nestora radioamatérských setkání Miloe, OK2BJR, u propagaèní vysílací stanice OK5H (antény zapùjèila firma DD-AMTEK)
Electus
2006
pfm
53
Procesorové øízení rotátoru s napìovou zpìtnou vazbou Radek Tábor, OK1TRP Pro úspìch v radioamatérském závodì je zapotøebí nejenom kvalitní transceiver a anténa, ale své místo má také kvalitní rotátor, který je schopen rychle a pøesnì otoèit anténu do ádoucího smìru. Otáèení mohutných anténních systémù vyaduje také správné uvedení do pohybu a opìtovné plynulé zastavení. Rotátorù je mezi radioamatéry velké mnoství druhù. Kadý pouívá jiný zpùsob mìøení polohy natoèení. Tato konstrukce vznikla pro rotátor domácí konstrukce, který má být umístìn na 40 m vysokém stoáru. Avak lze pouít i jako náhrada ke starému rotátoru nebo jako øídicí jednotka pro pøesné polohování azimutu a elevace.
Princip Zaøízení je konstruováno pro rotátor, kde je pohonnou jednotkou stejnosmìrný motor a jako èidlo polohy slouí potenciometr. Srdcem je mikroprocesor, který komunikuje s nadøazeným poèítaèem nebo terminálem, kde se zobrazují informace o poloze a zadávají pøíkazy pro otáèení. Komunikace (øízení rotování) probíhá digitálnì po rozhraní RS232 na krátkou vzdálenost nebo po RS422, pøípadnì po RS485 na vìtí vzdálenost. Poloha natoèení antény se odmìøuje jakýmkoliv potenciometrem, jeho osa je spojená s výstupní osou rotátoru. Já jsem pouil drátový s elektrickým úhlem otoèení asi 240 ° s patøièným pøevodem ozubenými koly z rozebrané tiskárny. Samozøejmì je moné pouít jakýkoliv dle mechanických a elektrických moností. Dalí dùleitou souèástí je optozávora pro urèení nulové polohy (0 ° a 360 °). Po pøipojení mechaniky rotátoru k elektronice a sputìní zkalibruje procesor potenciometr a vekerá data uloí do vnitøní EEPROM. Pak u se pouze mìøí napìtí snímacího potenciometru a ze zmìøeného napìtí se urèuje poloha otoèení antény. Dalí dùleitou funkcí procesoru je PWM øízení rychlosti otáèení. Pomocí PWM je zajitìn plynulý rozjezd a dojezd antény na poadovanou polohu.
6. Nábojová pumpa IC4 pro výrobu dvojnásobného napájecího napìtí pro otevírání T1 a T3. Základem zapojení je jednoèipový mikroprocesor IC1 Atmel AT90S4433 v SMD provedeni TQFP32. Procesor má 4 kB In-System programmable Flash Program Memory, 160 byte SRAM, integrovaný 6kanálový, 10bitový AD pøevodník pro mìøení napìtí ze snímacího potenciometru, PWM výstup, vnitøní pamìt 256 byte EEPROM, pouívanou jako pamì konstant, a sériový kanál vyuívaný pro komunikaci. Monitoring napájecího napìtí procesoru a reset procesoru provádí obvod U2 V6309M. Tento obvod má tøi vývody, pouzdro SMD SOT23 a nepotøebuje ádné dalí souèástky. Je pouze pøipojen na napájecí napìtí 5 V a GND, jeho výstup RESET, pin 2 je propojen s mikroprocesorem. Obvod monitoruje napájecí napìtí a pøi poklesu pod hodnotu 4,38 V resetuje procesor. Stejnì tak i po zapnutí zajistí reset min. 140 ms. Protoe procesor nemá integrováno referenèní napìtí pro AD pøevodník, je referenèní napìtí pro mìøení napìtí z potenciometru nastaveno napìovou referencí TL431. Referenèní napìtí je nastaveno na napìtí asi 4,2 V pomocí rezistorù R15, R16 a R17. Okolní kondenzátory slouí pouze jako filtraèní k odfiltrování pøípadné vf energie. Napìtí ze snímacího potenciometru natoèení rotátoru je pøipojeno na vstup AD pøevodníku ADC0, pin PC0. Zapojení AD vstupu je dle doporuèení výrobce pøes filtraèní RC èlánek tvoøený R49, C39, C33, C38. Referenèní napìtí, které napájí potenciometr, tvoøí U4 78L05 z napìtí 12 V.
U stabilizátoru jsou opìt zapojeny blokovací kondenzátory. Dalí èástí rotátoru jsou rùzná sériová rozhraní pro komunikaci s terminálem nebo PC. Sériová rozhraní jsou tvoøena obvody IO1, IO2 a IC2. Dle osazení obvodù a nastavení propojek se rotátor ovládá po daném rozhraní. Pro komunikaci s rotátorem po standardní sériové lince staèí osadit pouze IC2 MAX232. Toto rozhraní postaèuje pro vzdálenost do asi 15 m. Pro delí vzdálenosti mezi ovládacím terminálem a rotátorem je vhodné pouít komunikaci po RS485/RS422. Pro tato rozhraní je pouit transceiver MAX481. Pro ètyødrátovou komunikaci po sbìrnici RS422 se osadí IO1 a IO2; IC2 se neosazuje! Pak IO2 je pouit pro RS422 TX a IO1 je RS422 RX. Procesorem se nastaví na vývodech pro øízení toku IO2, pin 2 a 3 logická 1 a na IO1, pin 2 a 3 logická 0. Pak je nutné jetì rozpojit jumper od IO2, pin 1 a IO1, pin 4. Pro ochranu pøed vysokým napìtí je vhodné osadit transily D100, 101, 7 a 8. Dále jsou jetì v zapojení sériového kanálu pøipojeny indikaèní LED REDE1, REDE2, RXD a TXD s rezistory R37 a R40. Tyto souèástky slouí pouze pro diagnostiku a jako pomùcka pøi programování a oivování zapojení, proto není nutné je osazovat. Vstup od èidla nuly je tvarován Schmittovým obvodem IC5 74HCT14. Signalizaèní LED D9 svítí pøi nulové poloze, to znamená, e je optozávora otevøena a svìtlo z infradiody svítí na fototranzistor, který je otevøen a pøizemòuje vstup hradla IC5A, pin 13. Výstup z tvarovacího obvodu je pøiveden na vstup pøeruení procesoru INT0 (PD1) (signál KONCAK0). Dalí èástí je obvod pro øízení rychlosti a smìru otáèení motoru rotátoru. Výkonový stupeò je tvoøen ètyømi tranzistory MOSFET zapojenými do H mùstku a okolní logiky. Výstupní signály procesoru RIGHT a LEFT slouí pro nastavení smìru otáèení a signálem PWM se nastavuje rychlost otáèení. Napìtí pro øídicí elektrody tranzistorù T1 a T3 (smìr otáèení) vyrábí nábojová pumpa z napìtí 12 V tvoøená obvodem IC4. Výsledné napìtí je dvojnásobek napájecího napìtí, èili 24 V. Toto napìtí je zavádìno podle nastaveného smìru do daného výkonového tranzistoru T1 nebo T3. Nastavený smìr pak uvolní log. jednièkou pøes dvouvstupové hradlo AND PWM do tranzistoru T2 nebo
Popis zapojení Funkci celého zaøízení lze rozdìlit do nìkolika samostatných funkèních celkù: 1. Základem celého zaøízení je jednoèipový mikroprocesor Atmel typu AT90S4433, který po sériové komunikaèní lince pøijímá povely a øídí motor. 2. Podpùrné obvody pro èinnost mikroprocesoru (reference AD pøevodníku TL431, obvod resetu V6309M). 3. Výkonová èást je tvoøena ètyømi tranzistory HOSFET BUZ10 a relé K1, které zajiuje napájení celého H mùstku. Souèástí je i obvod brdìní motoru do rezistoru R22 pøes relé K2. 4. Obvody pro buzení sériové linky IO1, IO2, IC2, které se osazují podle poadovaného rozhraní (RS232, RS422, RS485). 5. Blok napájecích obvodù.
54
Obr. 1. Pohled na krabièku s osazenou deskou ovladaèe, rotátor a pøíchytky
Electus
2006
ñ
Obr. 2. Schéma zapojení ovladaèe rotátoru
Electus
2006
55
ñ
Obr. 3. Deska s plonými spoji ovladaèe rotátoru a rozloení souèástek z jedné strany (rozmìr 109 x 153 mm) T4. Jednodue øeèeno, pro otáèení doprava se musí nastavit log. nula na signálu RIGHT, signál LEFT musí být nastaven do log. jedna a pak je na IC3B, pin 6 log. jednièka, èím se stane hradlo IC3B propustné pro signál PWM a tranzistor T4 se zaène podle PWM otevírat a motor se zaène otáèet. Samozøejmì pøed uvedením motoru pod napìtí je nutné motor odbrzdit
56
vybuzením relé K2 signálem z procesoru BRZDA. Dále je po odbrzdìní potøeba zapnout napájecí napìtí pro H mùstek. To se provede pøivedením log. jednièky na signál POWER. Tím se sepne relé K1 a to pøivede napìtí do H mùstku. Po ukonèení pohybu rotátoru je vhodné odpojit napájecí napìtí, vypnout signály PWM, RIGHT, LEFT a zabrzdit motor zkratová-
Electus
2006
ním rotoru do rezistoru. Brzdicí rezistor je R22. Obvod napìového dìlièe s trimrem R43 a rezistorem R41 slouí pouze pro diagnostiku napájecího napìtí v elektronice rotátoru a není potøeba osazovat. Stejnì je tomu i u teplotního èidla U5 typu SMT160-30. To také není nutné osazovat. Stávající SW není pro spolupráci s tìmito prvky dokonèen.
Obr. 4. Deska s plonými spoji ovladaèe rotátoru a rozloení souèástek z druhé strany
Mechanická konstrukce Celá elektronika je koncipovaná pro umístìní na stoár k rotátoru. Proto jsem zvolil krabici DIN 153 x 110 x 66 mm s vysokým IP krytím a kabelové prùchodky. Napájecí kabel musí odpovídat poado-
vanému odebíranému proudu a vzdálenosti. Pro komunikaèní kanál je vhodné pouít kroucený kabel (twist). Umístìní potenciometru a optozávory ve vlastním rotátoru je patrné z náèrtku (obr. 6), avak je moné pøizpùsobit je danému rotátoru. Ploné spoje jsou navreny na oboustrannì plátovaném kuprextitu, kde
Electus
2006
ze strany souèástek je mìï fungující jako GND a pár drátových propojek. Rozmìr desky s plonými spoji je 109 x 153 mm. Výkonové tranzistory H mùstku není potøeba pro bìné malé rotátory chladit. Stabilizátory napìtí 7812 a 7805 je nutné pøipevnit na dostateèný chladiè.
57
ñ
Obr. 5. Pohled na osazenou desku ovladaèe rotátoru Obr. 6. Nákres mechanické sestavy rotátoru s ovladaèem (vpravo)
Postup pøi oivení
ñ
Osadíme celou desku s plonými spoje kromì IC1 (mikroprocesoru). Pro integrované obvody IO1, IO2 a IC2 osadíme pouze objímky a obvody prozatím nevsazujeme! Dùkladnì opticky zkontrolujeme a pøipojíme z regulovatelného laboratorního zdroje DC napìtí asi 18 V. Multimetrem zaèneme kontrolovat funkci stabilizátorù napìtí U3 7812, U1 7805, dále pak referenèní napìtí pro napájení potenciometru U4 78L05 a referenèní napìtí IC1, vstup AREF, pin 20. Mùeme jetì zkontrolovat logický stav na vývodu RESET. Dále pak pøivádìním napìtí +5 V na signál BRZDA odzkouíme funkci relé K2 a spínacího tranzistoru Q6. Toté platí pro signál POWER a relé K1 a Q5. Pokud je ve v poøádku, otestujeme funkci optozávory (èinnost je indikována svitem D9 a mùeme jetì provìøit funkci H mùstku s pøipojeným motorem. Provìøení spoèívá v pøivedení napájecího napìtí +5 V na signál POWER (IC1, pin 12), GND pøivedeme na signál PWM (IC1, pin 13) a støídavì pøipojujeme GND na signály LEFT (IC1, pin 28) a RIGHT (IC1, pin 27). Tím se motor zaène otáèet buï doleva, nebo doprava. Pokud je ve v poøádku, mùeme zapájet mikroprocesor IC1 a nahrát do jeho pamìti vhodný SW. Sestavíme mechaniku rotátoru a pøipojíme potenciometr, optozávoru a motor k elektronice. Zapneme napájecí napìtí. Doporuèuji opìt zkontrolovat stav napìtí a poté stiskneme tlaèítko S1 a rotátor provede autokalibraci. Pokud autokalibrace neprobíhá správnì, je nutné provìøit správné pøipojení plus a minus motoru a zapojení snímacího potenciometru. Tyto komponenty je nutné mít správnì sfázované podle mechaniky rotátoru, aby pøi povelu pro motor LEFT se zaèal rotátor otáèet opravdu doleva. Stejnì tak i potenciometr. Pokud je ve v poøádku, je rotátor pøipraven k pouívání.
Popis software Stávající verze SW pro Atmel je psána v jazyce C. Komunikuje pøes RS422 nebo RS232. Komunikaèní protokol je pøizpùsoben pro øízení z jakéhokoliv poèítaèe nebo jiného terminálu. Komunikaèní rychlost je 9600 Bd, 8 bitù, 1 stopbit. Po zkompletování celého rotátoru a pøipojení k PC tøeba pøes RS232 a stisknutí S1 zaène rotátor vyhledávat polohu 0 ° a polohu 360 °. Po nalezení obou poloh zmìøí napìtí a tyto hodnoty zapíe jako konstanty
58
do vnitøní pamìti EEPROM. Z tìchto konstant se pozdìji vypoèítává aktuální poloha naí antény. Stejnou akci je mono vyvolat napsáním pøíkazu INI do terminálu. Po kalibraci potenciometru a umístìní rotátoru s anténou na definitivní stanovitì se tlaèítky M a N natoèí anténa na sever a pøíkazem SET se nastaví relativní 0 °. Nyní je rotátor pøipraven k provozu a drením klávesy M lze otáèet anténu na jednu a klávesou N na druhou stranu. Pøi drení tìchto kláves se plynule rozjede otáèení na maximální rychlost, rotátor vrací do terminálu údaj o azimutu, po putìní klávesy se anténa plynule zastaví. Lze také poukáváním na klávesy M a N anténou pohybovat pomaleji. Pøíkazem Gxxx (kde xxx je úhel) je moné zadat poadovaný azimut a rotátor sám nastaví anténu. V prùbìhu provádìní pøíkazu Gxxx rotátor vrací hodnotu azimutu a øeí plynulé rozjezdy a dojezdy na poadovaný smìr. Je moné pøeruit provádìní tohoto pøíkazu stiskem MEZERNÍKU na klávesnici a rotátor okamitì prudce zastaví otáèení a zabrzdí motor. Pozor ale na tuto akci, protoe prudké brdìni hmotného anténího systému musí být schopna vydret mechanika rotátoru a stoár (setrvaèné síly jsou velké)!!! SW vyuívá PWM øízení motoru jak pro rozjezd, tak i pro plynulé zastavení otáèení anténního systému. Proto je moné dosáhnout velké rychlosti otáèení i pro velké anténní systémy. Procesor se programuje a po zapájení pøes konektor oznaèený ISP, napøíklad programátorem PonyProg. Stávající verze SW jetì není koneèná a postupem èasu se bude vylepovat. Samozøejmì jsou vítány aktivity z øad radioamatérù, zájemcùm poskytnu zdrojový kód. Program pro procesor Atmel 90S4433 je volnì ke staení na redakèních stránkách www.aradio.cz.
Seznam souèástek Rezistory R1, R9 R2, R10, R35, R36 R3, R11, R14 R4, R5, R25, R26 R6, R7, R8, R27, R28, R29 R12, R15, R18, R19, R24, R46, R50 R13, R21, R30, R42, R44, R45, R51, R54 R16 R17, R32, R52 R20 R22 R23, R37, R38, R39, R40, R41, R48 R31 R33 R34
Electus
5,6 Ω 1 kΩ 22 kΩ 10 Ω 330 Ω
R1206 R0805 R1206 R1206 R1206
10 kΩ
R1206
1 kΩ 15 kΩ 100 Ω 100 kΩ 5,6 Ω
R1206 R1206 R1206 R1206 0411/12
4,7 Ω 56 kΩ 680 Ω 2,2 kΩ
R1206 R1206 R1206 R0805
2006
hlavní høídel pro pøipojení antény optozávora nekový pøevod od motoru pro otáèení antény
R43 R47 R49, R53 R55 R56, R57, R58, R59, R60 R61
krouek pro optozávoru
potenciometr pøevod k potenciometru
1 kΩ trimr PT-10 470 Ω R1206 51 Ω R1206 2,7 kΩ R1206 0Ω R1206 2,2 Ω 0617V
Kondenzátory C1, C2 12 pF C0805 C3, C4 1 μF/16 V CT3216 C5, C13, C25, C26, C27, C28, C31, C32,C33, C53, C54, C55, C57, C58 100 nF C1206 C6, C34, C35 10 μF/16 V CT3528 C7, C10, C11, C12 1 μF/16 V CT3216 C8, C9, C16, C17, C36, C37, C38, C39, C41, C56, C30 100 pF C1206 C14 1000 μF/25 V, elektrolyt., rozteè 5 mm C15 1000 μF/15 V, elektrolyt., rozteè 5 mm C18, C52 100 nF C0805 C19 1,5 nF C1206 C20, C21, C22 10 μF/25 V CT6032 C23 1000 μF/6 V, elektrolyt., rozteè 5 mm C24 4700 μF, elektrolyt., rozteè 5 mm C29 10 μF/16 V CT3528 C40, C42 100 pF C0805 C43, C44, C45, C46, C47, C48, C49, C50, C51 47 μF, elektrolyt., rozteè 2,5 mm Polovodièové souèástky B1 B250C3000, diodový mùstek D1, D2 Zenerova dioda 12 V MLL-34 D3, D4, D5, D6 1N4007 MLL-41 D7, D8, D100, D101 transil 6V8 SMB D9, D24, D25, D14, D23 LED èervená, 3 mm D10, D11 LL101 MLL-34 D12 BZX85V24 DO35Z10 D13 1,5KE33A DO201T15 D15, D19, D21, D22 LED zelená, 3 mm D16, D17 LED zelená 1206 D18 1K4007 MLL-41 D20 1N4148 MLL-34 IC1 Atmel 90S4433 TQFP32 IC2 MAX232 DIL16 IC3 CMOS 4081 DIL14 IC4 CMOS 4093 SO14 IC5 74HCT14 DIL14 IO1, IO2 MAX481 DIL08 Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 BC846 SOT23 REDE1, REDE2, RXD, TXD LED èervená 1206 T1, T2, T3, T4 BUZ10 TO220V U1 7805 TO220V U2 V6309M SOT23 U3 7812 TO220V U4 78L05 TO92 U5 SMT160-30 TO92 ZD1 TL431 TO92 Ostatní souèástky CON1 Canon DB9F/90 D-09F F1 pojistka 2 A s drákem SH22,5 ISP ML10 konektor JP1, JP2 kolík. lita PINHD-1X2 1X02 K1 relé G5L K2 RELE 351 relé L1 10 μH, axiální tlumivka Q1 3,6864 MHz HC49/S S1 P-B1720 tlaèítko X1, X5 ARK500/2 svorkovnice X2, X3 ARK500/3 svorkovnice X4, X7 AK500/3 svorkovnice X6 ARK500/2 svorkovnice
Mobilní spojovací prostøedky èeskoslovenské armády v letech 1945 a 1965 Alois Veselý Døíve ne ze mì bude úplnì sklerotický staøík, tak bych se rád s vámi podìlil o svou technickou a generaèní pamì podpoøenou dobovým obrazovým materiálem. Protoe klidnì mohu øíci: Tenkrát jsem byl u toho. A jak vichni dobøe víme, pamì je oidná vìc, dalo by se také pouít rèení Sejde z oèí, sejde z mysli. A tak vám zde chci povìdìt, jak to tenkrát vlastnì bylo, protoe za dalích ètyøicet let u nikdo nebude vìdìt o vojenském rádiu z doby studené války uprostøed minulého století vùbec nic. Druhá svìtová válka se vyznaèovala zcela novým pojetím bojové èinnosti; rozsáhlá motorizace, pøesuny velkých bojových uskupení, souèinnost vech druhù vojsk a dynamické vedení boje by byly bez rádiového spojení zcela nemoné. A tak v prùbìhu II. svìtové války se setkáváme s celou øadou spojovacích prostøedkù na vech stupních velení. Pøesto, e rádiové spojení se ji prosadilo i v prvním svìtovém konfliktu, o dvacet let pozdìji dostává zcela nový rozmìr. Témìø kadý bojový prostøedek je radiofonizován. Zejména tankové vojsko si bez rádia jen tìko dovedeme pøedstavit. Na poèáteèních úspìích wehrmachtu se velikou mìrou podílelo rádiové spojení. Zde bych chtìl jmenovat generála Heinze Guderiana, který objevil a uèinil z rádia mocnou zbraò a jako jeden z prvních úspìnì velel z pojízdného velitelského stanovitì (PVS). Po druhé svìtové válce organizace, èinnost a materiální zajitìní nìmeckého spojovacího vojska byly vítìznými mocnostmi podrobeny dùkladné analýze. Pøi budování pováleèné èeskoslovenské armády a pozdìji pøi výstavbì armád Varavské smlouvy sehrály tyto poznatky významnou úlohu. Po osvobození Èeskoslovenska zbylo na naem území velké mnoství spojovací techniky po wehrmachtu a luftwaffe. Tento materiál patøil Sovìtskému svazu, ten se ho vzdal ve prospìch naeho státu. Rusko èekala mnohem vìtí koøist v Nìmecku, kdy celé továrny vèetnì technologií, technikù a rozpracovaných pøístrojù pøevezli do Minska, kde vznikla obrovská rádiová zbrojnice SSSR. Jedno sto typù koøistní radiotechniky v pomìrnì velké èetnosti, které se nacházelo na osvobozeném území, poslouilo k poèáteènímu vyzbrojení ès. pozemního vojska a letectva. Spojovací prostøedky, kterými byla vyzbrojena nae východní a západní armáda, pøíli neovlivnily výzbroj novì se formujícího spojovacího vojska. Velkou úlohu zde sehrála technika III. øíe. Pøi inventarizaci materiálního vybavení spojovacího vojska v roce 1949 bylo zjitìno 5800 kusù rùzných typù rádiových zaøízení, z nich necelých 10 % pøipadlo na sovìtské a angloamerické pøístroje, které do ÈSR pøibyly s naimi zahranièními vojáky. Nìkteré èetnìjí skupiny inkurantních pøijímaèù a vysílaèù se podaøilo udret v provozuschopném stavu jetì 15 let po skonèení války. Já sám jsem mìl monost se s touto dokonalou technikou setkat jako radiomechanik u 14. spojovacího praporu 14. motomechanizované divize, kde jsem v letech 1958 a 1959 vykonával vojenskou základní slubu. Ve výzbroji praporu bylo nìkolik radiovozù na podvozku vynikajícího terénního
Babeta Radiovùz koda 973 byl vybaven vevojskovou radiostanicí RM-31. Interiér byl velmi stísnìný, radiostanice byla umístìna v dráku se silentbloky, který byl pøiroubován na pracovní stùl radisty. Celá stanice byla orientovaná ve smìru jízdy za pøepákou øidièe. Babeta není krycí název radiovozu, ale toto jméno se dostalo kodì 973 díky filmu Kdyby tisíc klarinetù, kde úèinkovala jako filmová hereèka
V zimì roku 1955 za úèasti komise MNO probìhly vojskové zkouky malého radiovozu koda 973 na základnì v Hradci Králové. Automobil byl testován v terénu i v bìném silnièním provozu, mìl SPZ Zkouka 28-91-15
Electus
2006
59
ñ
V Babetì vedle pracovního stolu dole byla police na akumulátory a nad ní úloný prostor pro záloní souèásti radiostanice
V zadní èásti skøínì za sedadlem radisty byl nahoøe rozvadìè ZR-493 a pod ním nabíjecí soustrojí ZB6-G 52
Ètvrtek
Vnitøní uspoøádání radiovozu Ètvrtek: vlevo pøijímaè MwEc, vedle vysílaè 80 WSa. Vpravo nahoøe rozvadìè pro nabíjení akumulátorù a po obou stranách stolu jsou vidìt akumulátory. Pracovitì radisty bylo situováno ve smìru jízdy
Celkový pohled do radiovozu T 805 Ètvrtek. Vekeré pøísluenství bylo koøistního pùvodu
60
Electus
2006
ñ
Sobota Koncem roku 1955 zadávají OZ 064 (Opravárenské závody) ve Dvoøe Královém firmì Hartman výrobu sníené skøíòové nástavby pro radiovozy s krycími názvy Sobota, Duha a pozdìji Tøinec: Vlevo: Pohled na pracovitì radistù, zleva koncový stupeò s GU50, anténní díl RM-31, radiostanice RM-31, pøijímaè R-3, anténní dil druhé RM-31 s pøídavkem pro VKV. Dole rozvadìè, nahoøe stanice A7b Vlevo uprostøed: Ve velitelském prostoru byl mapový stùl, uprostøed ovládací skøíòka interkomu Vpravo uprostøed: lavice, která se dala pøemìnit v lùko Vlevo dole: Velitelský prostor byl vybaven odupovací støechou Vpravo dole: Pohled na Sobotu zezadu, prostor pro radisty byl opravdu velmi stísnìný
ñ Electus
2006
61
V tìchto skøíních v letech 1955-56 pøicházely ke spojovacím útvarùm radiovozy Ètvrtek a Pátek
Novinkou byla sníená skøíò karoserie radiovozu Sobota
Úspìnou sérii radiovozù na podvozku T 805 zakonèil radiovùz Tøinec
ñ
automobilu Tatra 805 s vysokou skøíòovou nástavbou. Vozy byly vybaveny inkurantními zpìtnovazebními pøijímaèi Torn Eb nebo 8elektronkovým superhetem s dvojitou krystalovou propustí MwEc. Vysílaè byl tøiceti- nebo osmdesátiwattový typu 30 WSa nebo 80 WSa. Tato souprava pøekryla frekvenèní pásmo od 0,83 do 3,0 MHz. Tyto radiovozy byly známy pod krycím názvem Ètvrtek a Pátek. Do nìkterých radiovozù byl montován jako záloní pøijímaè R-3 v automobilní verzi vyvinutý ve Vojenském technickém ústa-
62
vu. Pøísluenství stanic - mìnièe, anténní stoáry, výsuvné stoáry Magirus, kotevní lana a agregáty rovnì pocházely z dìdictví po wehrmachtu. Zástavbu této komunikaèní techniky do vozidel provádìl Vojenský opravárenský závod 064 v Hradci Králové. Byla to nejvìtí armádní technická základna spojovacího vojska spolu s VÚ 060 v ÈSR. Na tìchto dvou pracovitích byl soustøedìn vývoj, poloprovozní výroba a pøíprava výroby pro závody TESLA, Elektrosignál a Radiospoj. Hradecká základna vznikla znárodnìním
Electus
2006
radiotechnické laboratoøe Antona Novotného na nìkdejí Mácha-Gasse v Hradci Králové. V øíjnu 1948 pøeel závod do pùsobnosti MNO - Spojovací vojsko. Dne 1. ledna 1949 se definitivním vlastníkem stalo MNO a závod dostal název Posádková správa 71 HK. Poèáteèní èinnost byla zamìøena na soustøeïování a úpravy koøistní radiotechniky pro potøeby spojovacího vojska. Po roce 1953 jako jeden z hlavních úkolù byly montáe a zástavby spojovacích zaízení do automobilní techniky pro potøeby ÈSLA. Od roku 1950 v OZ 064 probíhala také pøíprava sériové výroby vevojskové radiostanice RM-31 pro továrnu TESLA Pardubice. Do armády se dostávají stanice pro nií stupnì velení èeskoslovenské výroby pod typovým oznaèením RF-11, RO-21, RM-31 a licenènì vyrábìný transceiver A7b. Od roku 1955 zaèíná pøicházet technika ze SSSR. Jako novinka po maïarských událostech (1956) zaèaly ke spojovacím útvarùm pøicházet radiovozy, je nesly krycí název Sobota. Sobota byla konstruována jako pojízdné velitelské stanovitì (PVS). Opìt na podvozku T 805, ovem novinkou byla sníená skøíò, jakou známe ze smìrové stanice Duha. Rádiové vybavení bylo krátkovlnným 10wattovým transceiverem èeské výroby typu RM-31, který budil PA stupeò s dvìma elektronkami GU50, ty zvýily vf výkon na 50 W. Sobota byla urèena k pøímému velení vojákùm v boji a za pøesunu. Velitel ze svého prostoru mohl vstoupit do vlastních rádiových sítí, pøípadnì do rádiových sítí nadøízeného nebo sousedù. Frekvenèní spektrum PVS Sobota, stanice-RM 31: 2 a 6 MHz. RM-31-50 pro velení tankùm: 75 a 78 MHz. RO-22 (A7b): 24 a 28 MHz. Záloní pøijímaè R-3: 0,16 a 0,3 a 0,48 a 7,0 MHz. Jetì pøedstavím radiovùz na podvozku rovnì vynikajícího terénního automobilu koda 973 (Babeta), který byl rovnì osazen vevojskovou radiostanicí RM-31, ten se vak u do výzbroje ÈSLA nedostal. Jako unifikovaný automobil v této kategorii byl urèen pro armády Varavské smlouvy ruský GAZ 69; ten byl také vyzbrojován jako malý radiovùz radiostanicí RM-31 s urèením jako osobní stanice velitele. Pro paradesantní vojsko se do GAZ 69 montovaly také radiostanice R-105 s PA vf stupnìm a RM-33, která byla speciálnì konstruovaná pro výsadkáøe. Labutí píseò národního radiovozu zazpíval Tøinec z podniku TESLA Pardubice, opìt vystavìný na podvozku T 805 se sníenou skøíní. Úèast na tomto projektu mìl rovnì OZ 064. Tyto spojovací prostøedky vìtinou byly urèeny jako záloní a uloeny v NZ skladech. Od 70. let øeil hradecký závod individuální poadavky spojovacího vojska, speciální nástavby, soupravy pro rádiový prùzkum, pøijímací pracovitì, podací stanice aj. Odtud vycházely nástavby rádiových prostøedkù vdy dokonale dílensky zpacovány. Po vstupu ÈSR do Varavského uskupení v roce 1955 je dodrována dùsledná unifikace vech zbraní. Tak se dostává do výzbroje ÈSLA kvalitní a spolehlivá spojovací technika ze SSSR. Byly to vevojskové radiostanice typové øady Astra (R-105), radiostanice
Rádiový GAZ 69 vybavený stojanem s RM-31. Urèení stanice bylo jako osobní radiostanice pro jednotlivé velitele divize, vìtinou vak byly uloeny v NZ skladech spojovacích praporù pro záloní spojení. Jeliko okolo edesátého roku jetì nebyl civilní sektor vybaven rádiovými prostøedky, sehrály tyto radiostanice velkou úlohu pøi ivelních katastrofách a hlavnì pak v kadoroèních bitvách o zrno. Spojaøi ÈSLA v tìch letech zajiovali dispeèerskou slubu mezi kombajny a pojízdnými dílnami STS (Státní traktorová stanice). O toto zamìstnání byl mezi vojáky vdy veliký zájem, nebo bylo dobøe naturálnì ohodnoceno velkým mnostvím 10stupòového piva ...
Sovìtské radiostanice R-112 a R-113 pro velení motomechanizovaným sborùm se montovaly do velitelských tankù, obrnìných transportérù OT 810, pozdìji do OT 62 a OT 64. Byla to obdoba nìmeckých PVS Kfz 250 a 251. OT 810 byly vybaveny krátkovlnnou radiostanicí s AM modulací R-112, pro vyí stupeò velení a spojení s tankovým vojskem zajiovala FM radiostanice R-113
Stojan pro RM-31 do radiovozu GAZ 69 vznikl jako zlepovací návrh R-113 s frekvenèní modulací pro spojení mezi tanky, krátkovlnná radiostanice tankových velitelù R-112. Radiostanice R-113 a R-112 byly instalovány do PVS a rádiových obrnìných transportérù OT 810, pozdìji do OT 62 a OT 64. Krátkovlnná 50wattová velitelská radiostanice R-103 byla na podvozku ZIS151, rozsah 1 a 8 MHz, provoz A1, A3 a F1 se pièkovým pøijímaèem Amur. Tìmito stanicemi byly vyzbrojovány spojovací útvary v letech 1955 a 1970. Je mono hovoøit o první generaci spojovací techniky Varavské smlouvy. Nedostatky spojovací sluby, pøedevím nedostateèné poèty spojovací techniky a patné personální zajitìní v ruské armádì v prùbìhu Velké vlastenecké války byly obrovským ponauèením. Proto pøi budování Varavského uskupení byla vìnována technickému vybavení a kádrovému zajitìní spojovacího vojska mimoøádná pozornost. A tak spojovací prostøedky z Minského radiotechnického závodu pøedevím v mechanických konstrukcích pøedèily pouívané prostøedky v armádách NATO a i po obvodové stránce udrely s nimi krok a do konce osmdesátých let.
27. kvìtna letoního roku bude ji po jedenáctou sezónu opìt otevøeno
Vojenské technické muzeum v Leanech u Prahy.
Radiovùz GAZ 69 v úpravì pro paradesantní vojsko. Zleva: RM-33, PA stupeò a 2x R-105
Electus
2006
Radiovozy Babeta a Tøinec je mono spatøit v V. hale, která je vìnována ÈSLA v období studené války.
63
ñ
ñ
Pátek Rekonstrukce radiovozu Pátek. Zleva: pøijímaè Torn Eb, záloní pøijímaè R-3 a vysílaè 80 WSa:
Tøinec Posledním z èeskoslovenské produkce radiovozù byl Tøinec, kde stanice RM-31 byla zakomponována s PA stupnìm do jedné skøínì a napájená ze síového zdroje. Pøijímaè byl vyvinut ve Vojenském výzkumném ústavu 060 pod typovým oznaèením R-4. Nìkteré radiovozy byly jetì dovybavovány záloními pøijímaèi typu R-5 z produkce NDR. Výroba tìchto vozù byla zadána podniku TESLA Pardubice:
64
Electus
2006